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雙材料3D打印是一種能夠?qū)崿F(xiàn)多種材料復(fù)合打印成型的先進(jìn)制造技術(shù)趴酣，可解決多材料復(fù)合打印的難題。允許在單個部件中實現(xiàn)多種材料的集成价卤，從而制造出傳統(tǒng)制造方法難以實現(xiàn)劝萤，且滿足不同功能和性能的復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。為開發(fā)及生產(chǎn)特定具有改進(jìn)性能的功能部件提供額外的可能性慎璧。
▲SLM金屬3D打印的多材料結(jié)構(gòu)體
▲金屬3D打印的多材料結(jié)構(gòu)體非激光路線
升華三維推出的PEP（粉末擠出）工藝是一種創(chuàng)新的金屬/陶瓷間接3D打印技術(shù)，可以不再局限于某種單一材料制造要捐，釋放了3D打印技術(shù)的潛力风加，極大滿足了復(fù)合打印復(fù)雜產(chǎn)品的需求。它將3D打印與粉末冶金相結(jié)合抽述，具有低溫成型宠佩、高溫成性的獨特特點使城。其采用的顆粒材料熔融擠出成型方式蚀抄，在3D打印雙材料過程中起著關(guān)鍵的作用。
基于PEP工藝開發(fā)的獨立雙噴嘴3D打印機(jī)蛆骨，發(fā)揮了獨立雙噴嘴擠出成型系統(tǒng)的優(yōu)勢牌盖，可以同時打印或者各自輪流打印金屬和陶瓷材料洒妈，能夠?qū)崿F(xiàn)不同材料的復(fù)合打印吧郑。獨立雙噴嘴系統(tǒng)制備雙材料結(jié)構(gòu)采用獨立雙噴嘴擠出系統(tǒng)的設(shè)計目的和最大功能之一，就是進(jìn)行兩種不同材料的打印蛮碾。該系統(tǒng)可配合其自主研發(fā)的切片軟件功能得以實現(xiàn)雙材料復(fù)合打印颗蝶，可在同一個模型上打印兩種不同材質(zhì)的材料，賦予產(chǎn)品不同部分不同材料的功能及性能俭厚。獨立雙噴嘴功能充分釋放了產(chǎn)品設(shè)計師的創(chuàng)意思維，滿足并實現(xiàn)以復(fù)合功能設(shè)計為導(dǎo)向的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計構(gòu)想套腹。
雙噴嘴系統(tǒng)制備復(fù)合結(jié)構(gòu)的能力設(shè)計靈活性：3D打印的層疊成型方式绪抛，允許設(shè)計師制造復(fù)雜的幾何形狀资铡，可提供更大的設(shè)計自由度电禀；材料多樣性：PEP工藝可以適配多種金屬和陶瓷粉末材料，包括難熔金屬和高性能陶瓷笤休，這為制備具有不同物理和化學(xué)性質(zhì)的金屬陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)提供了可能；復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造：能發(fā)揮3D打印的高復(fù)雜度結(jié)構(gòu)成型和雙噴嘴獨立擠出材料的優(yōu)勢店雅，可制備出傳統(tǒng)方法無法制造的復(fù)合材料+復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品政基；一體化成型：能夠?qū)崿F(xiàn)雙材料結(jié)構(gòu)件的一體化成型，避免了傳統(tǒng)工藝中多部件組裝帶來的問題闹啦，有助于提高雙材料結(jié)構(gòu)的整體性能和可靠性沮明；快速開發(fā)生產(chǎn)：具有快速制備雙材料復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力，能夠縮短制備周期施式，提高生產(chǎn)效率酷卖，有助于加快產(chǎn)品的開發(fā)和商業(yè)化進(jìn)程。
▲獨立雙噴嘴系統(tǒng)不同打印模式的樣品
該系統(tǒng)在制備雙材料復(fù)合結(jié)構(gòu)方面展現(xiàn)出顯著的潛力涎花，但同時也面臨著一系列技術(shù)和工藝上的挑戰(zhàn)喊宿，制約著這一技術(shù)路線的發(fā)展瞒酪。需要通過深入研究和技術(shù)創(chuàng)新荞宰，不斷優(yōu)化PEP工藝打印雙材料的實現(xiàn)能力，提高其制備復(fù)合結(jié)構(gòu)的能力和市場競爭力测佛。
雙噴嘴系統(tǒng)制備復(fù)合結(jié)構(gòu)面臨的挑戰(zhàn)材料適配性：盡管PEP工藝能夠處理多種材料度潜，但不同材料之間的適配性仍是一個挑戰(zhàn)。需要深入研究不同材料在PEP工藝中的行為特性影凿，以確保它們能夠穩(wěn)定地結(jié)合在一起形成復(fù)合結(jié)構(gòu)；擠出脹大效應(yīng)：在擠出過程中球毙，熱塑性材料可能會因為擠出脹大效應(yīng)導(dǎo)致最終樣品尺寸比設(shè)定尺寸大隶鹰，這需要通過優(yōu)化打印工藝參數(shù)來控制；層間堆疊孔隙：打印過程中可能產(chǎn)生堆疊孔隙螺句，尤其是在同一層的相鄰打印線條虽惭、上下相鄰兩層之間，需要通過優(yōu)化打印工藝來減少這些孔隙蛇尚；后處理工藝：PEP工藝制備的復(fù)合結(jié)構(gòu)需要經(jīng)過脫脂燒結(jié)處理后才能達(dá)到最終的應(yīng)用要求，后處理工藝的選擇和優(yōu)化對雙材料復(fù)合結(jié)構(gòu)的性能有重要影響取劫，特別是在兩種燒結(jié)工藝差異較大的材料上匆笤，可能需要結(jié)合特殊的材料設(shè)計和后處理技術(shù)。
雙材料制備案例分析及應(yīng)用方向PEP技術(shù)能實現(xiàn)不同金屬／陶瓷材料間的復(fù)合打印谱邪，這意味著應(yīng)用場景也得到了進(jìn)一步的擴(kuò)展炮捧。基于獨立雙噴嘴系統(tǒng)惦银，升華三維目前已開發(fā)有支撐打印、支撐連接打印扯俱、復(fù)合材料打印书蚪、不同部位指定材料打印、鏡像打印、復(fù)制打印等维似，為不同材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)開發(fā)和應(yīng)用提供支持冀远。可適用于科研教育顺诽、航天航空、軍事國防绒怯、生物醫(yī)療搬即、汽車制造、能源化工等領(lǐng)域的金屬/陶瓷多材料笑院、金屬/陶瓷復(fù)合材料及其產(chǎn)品的快速開發(fā)制造贿桃。
▲獨立雙噴嘴3D打印機(jī)支持的打印模式
雙層梯度硬質(zhì)合金制備雙材料復(fù)合打印彌補了傳統(tǒng)單材料打印的缺陷类玉，尤其在聚合物基梯度功能結(jié)構(gòu)制備中具有獨特優(yōu)勢裹视。今年10月，中南大學(xué)粉末冶金國家重點實驗室與株洲金韋硬質(zhì)合金有限公司科研團(tuán)隊嫂茸，在3D打印梯度硬質(zhì)合金在PDC襯底的應(yīng)用研究中缠黍，采用間接3D打印工藝制備無η相高韌性滲碳梯度硬質(zhì)合金(FGCCs)。本研究采用PEP工藝的獨立雙噴嘴3D打印機(jī)預(yù)置了僅外層貧碳的雙層硬質(zhì)合金生坯药蜻，通過預(yù)燒結(jié)滲碳制備了三組新型 FGCCs瓷式。為高性能PDC襯底雙材料增材制造提供了解決思路语泽。該研究成果發(fā)表在國際頂級期刊《Ceramics International》贸典。
▲雙層硬質(zhì)合金3D打印模型示意圖
▲燒結(jié)與滲碳樣品宏觀形貌與金相圖
93W和96W梯度功能材料制備在鎢合金材料開發(fā)領(lǐng)域，一高校與升華三維的聯(lián)合項目中踱卵，采用雙噴嘴系統(tǒng)實現(xiàn)了難熔金屬93鎢合金和96鎢合金的雙材料打印廊驼，打出來的成品界面處無缺陷惋砂，γ相分布較為均勻妒挎。在航空航天、核能西饵、太陽能酝掩、生物工程植入等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價值。
▲93W和96W梯度材料
金屬雙材料填充打印金屬雙材料打印案例中罗标，還有采用兩種不同成分不銹鋼材料進(jìn)行復(fù)合打印的拍斜，用于認(rèn)證《金屬雙材料復(fù)合結(jié)構(gòu)不同性能變化對功能件影響》研究的可行性过拿。
該案例利用了PEP工藝切片軟件的晶格填充功能自動生成晶格骨架，再使用獨立雙噴嘴系統(tǒng)分別擠出骨架和晶格空隙填充材料，從而實現(xiàn)樣品結(jié)構(gòu)的制備祸铁。因兩種材料成分接近睦氧，可使得兩者能在優(yōu)化后的同一套后處理工藝上實現(xiàn)燒結(jié)，最終獲得了雙材料結(jié)合致密秦谁，且冶金性能優(yōu)異的樣品世砰。
▲不同成分不銹網(wǎng)材料復(fù)合打印
銅與陶瓷材料復(fù)合打印此外以称，在材料差異較大的應(yīng)用中友合，以銅線圈&陶瓷絕緣線圈為例，此部件為電動馬達(dá)領(lǐng)域的產(chǎn)品烘幅，同時由銅線圈和陶瓷隔離層組成颊夷。銅線圈能夠與鐵或鐵合金組合產(chǎn)生磁場，使用陶瓷材料使銅導(dǎo)線與鐵及鐵合金部件絕緣钉答。
該案例利用了升華三維3D打印設(shè)備的獨立雙噴嘴系統(tǒng)础芍，同步解決了銅及陶瓷結(jié)構(gòu)件的復(fù)合成型和導(dǎo)電絕緣的難題。而打印好的生坯經(jīng)過脫脂燒結(jié)等一系列工藝處理后数尿，可得到最終的成品件仑性。
▲銅線圈&陶瓷絕緣線圈
PEP雙材料復(fù)合打印作為增材制造技術(shù)中的一種獨特體現(xiàn)方式右蹦，為設(shè)計和開發(fā)高性能多功能復(fù)合材料和復(fù)合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域提供了更多可能诊杆。其在異質(zhì)功能結(jié)構(gòu)一體化成型、個性化定制何陆、環(huán)保材料開發(fā)等方面都具有前瞻性刽辙，有望展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景和市場發(fā)展?jié)摿Α?/p>
