3D 打印工艺在玻璃和陶瓷领域越来越重要，可以成为传统铸造工艺的一种替代方法。自 2021 年以来，位于 Hoehr-Grenzhausen 的 FGK（Forschungsinstitut für Glas/Keramik）一直在使用AIM3D 的 ExAM 255 CEM 3D 打印系统进行研究。增材制造在评估陶瓷试样中具有时间和成本优势，它还支持更多的材料组合，比如技术陶瓷等。
CEM工艺作为一种3D打印方法，建立在更传统的 CIM 工艺（陶瓷注射成型）之上。这种工艺节省了大量时间并显着降低了成本，已经应用在原型制作中和材料测试中，可以更快地评估新的陶瓷材料。
陶瓷多组分技术
项目工程师 Murat Demirtas 解释说：“AIM3D 的CEM工艺的真正魅力在于它的灵活性。ExAM 255 多材料打印机可以使用陶瓷/陶瓷、陶瓷/聚合物或陶瓷/金属的组合，扩展了多种材料类型，能够实现功能设计。”
具体来说，可以在单个组件中使用不同陶瓷的组合或其他材料，以获得某些力学特性和外观。研究人员还可以先使用CIM工艺生产大型底座，然后使用CEM工艺打印较小的打印组件。
△FGK 的项目工程师 Murat Demirtas 在实验室评估测试样本。
用于电绝缘的陶瓷和用于导电的金属材料也十分具有优势。这允许 MID（多集成设备）方法，提高组件的性能。更改晶粒的尺寸大小可以获得表面特性，还有某些化学（介质电阻）、电气（电导率系数）或热（耐温）特性，这得益于混合材料和混合制造解决方案，可以说，使用CEM工艺的3D打印开辟了多种可能性。
△在 ExAM 255 上打印的 Al2O3（氧化铝）材料
通过 FEA 设计陶瓷组件
3D 组件的设计已经是数字流程链的一部分。3D组件的原始几何形状在迭代过程中使用有限元分析 (FEA) 进行优化，并连续模拟组件内的应力区。此外，由于热过程导致的陶瓷收缩会造成3D组件的变形，所以3D打印原始模型的设计尤为重要。
拓扑结构也是重要的一环，可以使用晶格结构来减轻重量，同时保证一定的强度。Murat Demirtas说：“有限元分析工具使设计组件成为可能，使其特别适合所需的应用。”
3D 打印技术陶瓷的优势
●AIM3D 的 CEM 工艺使用传统的颗粒或粉末，与细丝相比具有很高的成本效益。对于原料，总成本最多可降低10倍。此外，具有不同密度的仿生结构已变为现实，与传统的 CIM 工艺相比，打印出的部件中的应力也减少了很多。
●在现有技术下，产品可以变得更轻，材料也更少。与铣削或铸造相比，减少资源消耗是3D打印工艺的明显优势。此外，3D打印可以实现传统制造工艺无法生产的几何形状，例如特殊底切或仿生设计。
●另一个显着优势是“一次性技术”方法：即使集成了某些功能，也无需组装即可连续构建组件。因此，可以通过再造技术，利用3D打印优化传统组件。FGK 进行的研究包罗万象：从材料研究，到旨在减少组件应力的拓扑优化，再到功能增强和集成，以及表面质量（孔隙率）的定制。
△FGK 能力中心负责人 Marcus Emmel 博士
FGK 的研究
FGK 研究所使用各种工艺技术（包括 CEM 工艺）进行材料分析，目的是进一步开发陶瓷的性能。该研究所还代表工业公司提供材料服务和整个过程链的咨询服务。因此，FGK 是原材料生产商、机器制造商和加工业之间的促进者。
陶瓷部件由于其生物相容性和强度而在医疗植入物中发挥重要作用，例如开孔结构特别适合在组织中吸收。具有变密度的结构可节省材料和重量并产生所需的杨氏模量。陶瓷部件的核心应用领域是技术陶瓷。根据应用的不同，陶瓷溶液可以具有以下特性：耐热性远超过 1000 °C、电绝缘、高介电常数、高耐磨性和耐磨性、硬度可变、热导率可变、低密度甚至低热膨胀等。
应用领域包括，例如，加热元件、火花塞、高压元件、电子电路、高容量陶瓷电容器、滑动表面、用于激光和水射流切割的喷嘴（切割喷嘴）、泵中的滑动轴承、活塞和气缸、粉末涂层金属表面、滚珠轴承、用作切削材料（切削陶瓷）、机械加工、化学工业中的泵涂层以及医疗技术中提到的植入物。非技术（传统）陶瓷也很重要，例如，在实用陶瓷（包括瓷器）、瓷砖或卫生用品领域，但是，这些材料通常使用其他大尺寸AM技术处理，例如 LFAM（用于混凝土)、气动挤压（用于瓷器和粘土）或粘合剂喷射（用于沙子）。
|
京公网安备11010802043351