增材丝网印刷作为一种工业制造技术，旨在弥合增材制造的几何自由度与传统注塑成型高产量之间的差距。激光粉末床熔融（LPBF）等其他3D打印方法在向大批量生产扩展时常常受限于速度，而增材丝网印刷则采用基于表面的沉积方法。这种方法能够在一个生产流程中同时制造出数千个微米级精度的部件，且不受单个零件几何形状的影响。
图 一种基于丝网的增材工艺，能够以工业规模量产高分辨率的金属和陶瓷部件
1.增材丝网印刷的原理
增材丝网印刷的基本原理是通过精密丝网，逐层涂覆高固含量的悬浮液（高密度浆料）。该工艺遵循一个循环序列：
沉积：一个聚氨酯刮板将材料浆料通过图案化丝网上的开孔压印到工件载体上。丝网与感光乳剂的组合定义了每一层丝网上零件在X轴和Y轴方向上的几何形状。
固化：通过红外或紫外光对涂覆的层进行短暂的干燥或固化，以稳定结构。
Z轴构建与结构变化：丝网上升一个预定的增量，为下一循环确定层厚。为了能够制造复杂的内部结构，在此过程中可以更换丝网。这种能力允许创建叠印的通道或封闭的空腔。
按需烧结："生坯"打印完成后，将其从工件载体上取下。随后，陶瓷和金属部件经历烧结过程，以去除粘合剂并使颗粒致密化，从而获得最终的材料性能。
与粉末体系不同，该工艺使用的是含有金属或陶瓷颗粒并与粘合剂系统混合的浆料。由于材料仅在需要的位置涂覆，因此无需进行去粉操作，生坯随后可直接进行烧结。这种悬浮液的固相体积含量通常超过50%，使得生坯具有较高的本征稳定性。
2.技术能力与材料
该技术经过优化，适用于制造需要高分辨率和复杂内部特征的部件，并支持多种材料。这些材料的例子包括不锈钢（316L）和纯铜等金属，氧化铝（Al₂O₃）、氧化锆（ZrO₂）、氮化铝（AlN）等先进陶瓷，以及聚合物，还包括多孔材料和定制材料。
在分辨率和公差方面，生坯状态下的壁厚可从75微米起，内部通道和开孔的尺寸可低至125微米。烧结后，部件的典型致密度可达99%，使其适用于高压应用场景。
图 打印金属部件，来源：Exentis Group
该工艺的一项独特能力是能够集成内部特征，例如封闭式冷却通道或中空结构，且无需清除内部支撑。这使得制造复杂的换热器或流体装置成为可能，这些装置中的通道可以顺应部件的轮廓。
该技术还在X轴和Y轴方向上提供了设计自由。理想的部件是扁平状的，最大直径可达400毫米。
图 技术陶瓷制成部件，来源：Exentis Group
3.生产经济性与工具
对于工业工程师而言，增材丝网印刷的成本计算与减材法或模塑成型法不同。其“工具”被简化为丝网本身，从而将经济模式转向更低的前期投资、更快的迭代周期和可扩展的生产能力。
成本效益：丝网的成本远低于注塑成型模具。
交付周期：丝网的生产在数天内即可完成，而传统模具可能需要数月时间的制造和高额投资。
吞吐量（单位产量）：构建速率由丝网的有效面积决定，而非单个零件的数量。与激光体系（其循环时间随零件数量和扫描向量增加而延长）不同，该系统的循环时间由刮板单次行程决定。无论同时打印多少个零件，这一操作时间都保持不变。一套生产系统可在连续循环中处理多达40个工件载体，实现高达10,000立方厘米/小时的构建速率。
例如，在生产尺寸为6.2×3×1.4毫米的陶瓷导丝器时，单个生产系统在每八小时一班次内可生产84,000个单元。这说明产量随丝网面积扩展，与零件复杂度无关。
图 工件载体上的打印陶瓷导线器，来源：Exentis Group
4.工程工作流程与协作
在工业环境中实施增材丝网印刷遵循协同工程模型。该工作流程可概括为四个关键步骤，核心是利用该技术的能力精准实现客户规格要求。
- ）可行性评估与设计适配
该过程始于对客户CAD数据的评估。应用工程师会分析设计在丝网印刷方面的兼容性，重点关注深宽比和壁厚。
- ）丝网与浆料
Exentis提供一体化解决方案，包括丝网和专有的浆料系统（由公司内部材料专家开发）。这确保了浆料的粘度与丝网的网孔尺寸完美匹配，从而防止堵塞并保证清晰的边缘定义。
- ）从原型到批量生产
由于工装成本低，从原型到批量生产的过渡非常顺畅。用于50个样品试产的丝网，理论上也可以用于50,000个零件的批量生产。这消除了从3D打印原型到模塑生产零件时常见的“产能爬坡”摩擦。
- ）运营整合
对于内部引入该技术的公司，经过考量的安全特性简化了整合过程。由于金属或陶瓷被束缚在浆料中，没有松散粉末，因此无需处理危险材料的相关规程。不过，Exentis也提供合同制造服务。
5.总结
增材丝网印刷为工程师提供了一种可扩展的方法来生产微米级精密部件。它将增材制造的设计灵活性与工业印刷的经济逻辑相结合，为复杂的金属和陶瓷部件提供了一条可行的生产路径。
来源：Exentis，原文链接：https://www.asme.org/topics-resources/content/additive-screen-printing-technology-and-scalability-for-micro-structured-components
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