舍弗勒將推出創新的多材料金屬和陶瓷3D打印系統

舍弗勒集團的特種機械制造部門將在2023年automatica展會上展示其交鑰匙生產系統產品組合。其中，舍弗勒高精度3D打印生產由金屬和陶瓷組合而成的零部件的獨特概念將于2024年正式商業化。

舍弗勒新開發的多材料 3D 打印系統概念是將增材制造工藝集成到舍弗勒產品制造中的一個里程碑，該解決方案將允許用戶使用創新的材料組合，將新功能集成到組件和工具中，并在產品和工具的設計中提供更高程度的靈活性。

根據3D科學谷的市場研究，多材料金屬和陶瓷3D打印具有非凡的價值，一方面發揮了3D打印釋放設計自由度，成就復雜形狀的產品的價值；一方面釋放了金屬和陶瓷的陶瓷去應對高溫和耐磨性的要求，用金屬來應對低溫和延展性的要求。

一般復合材料中分散相是均勻分布的，整體材料的性能是同一的，但是在有些情況下，希望同一件材料的兩側具有不同的性質或功能，又希望不同性能的兩側結合得*，從而不至于在苛刻的使用條件下因性能不匹配而發生破壞。以航天飛機推進系統中*有代表性的超音速燃燒沖壓式發動機為例，燃燒氣體的溫度通常要超過2000℃，對燃燒室壁會產生強烈的熱沖擊;燃燒室壁的另一側又要經受作為燃料的液氫的冷卻作用，通常溫度為-200℃左右。這樣，燃燒室壁接觸燃燒氣體的一側要承受極高的溫度，接觸液氫的一側又要承受極低的溫度，一般材料顯然滿足不了這一要求。于是，科學家想到將金屬和陶瓷聯合起來使用，用陶瓷去應對高溫，用金屬來應對低溫。

用傳統的技術將金屬和陶瓷結合起來時，由于二者的界面熱力學特性匹配不好，在極大的熱應力下還是會遭到破壞。例如，對于燃燒室壁，需要在陶瓷和金屬之間通過連續地控制內部組成和微細結構的變化，使兩種材料之間不出現界面，從而使整體材料具備了耐熱應力強度和機械強度也較好的新功能。

根據3D科學谷的市場觀察，關于金屬與陶瓷的混合打印，之前，德國Fraunhofer研究所就研發了陶瓷和金屬粉末懸浮液。陶瓷或金屬粉末被混合在一種低熔點的熱塑性粘合劑中，熱塑性粘合劑在80攝氏度時就會融化成為液體。在打印過程中，打印機的電性溫度熔化了粘合劑，并混合著陶瓷或金屬粉末材料以液滴的形式被沉積下來。沉積后液滴迅速冷卻變硬，三維對象就這樣被點對點逐漸打印出來。金屬、玻璃或陶瓷粉末材料被均勻的混合在粘合劑中。粘度也是*控制，混入的粉末材料既不能太“稀”也不能太“稠”，這樣打印機才能進行流暢的打印。

根據3D科學谷，國內*大的羰基鐵粉生產企業江蘇天一超細金屬粉末有限公司此前研發了一種用于3D打印金屬、陶瓷及其復（混）合材質制品水溶型墨水。打印材料是由由水、溶解于水的高分子材料、金屬、陶瓷及其復（混）合粉末的材質材料、助劑組成。通過這種墨水打印出來的成品需要經過蒸發塑化、脫粘、燒結得到所需要材質的制品。

舍弗勒新開發的多材料3D打印系統概念基于什么樣的設計理念，我們還不得而知，但是多材料金屬和陶瓷3D打印的應用已經走進了制造設計領域，根據3D科學谷的市場研究，目前多材料3D打印已經在開啟電動機制造的未來。

其中，一家叫做Grid Logic的公司開發了一種新穎的金屬打印工藝，*多可使用 7 種材料。包括純銅、鋯石和氧化鋁陶瓷和玻璃。它以純粉末形式沉積，沒有使用粘結劑，通過熱等靜壓來固化材料以獲得高密度。

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