有机硅 燃烧室3D打印：灵活材料挑战与机遇

3D打印有机硅弹性体

制造出高性能生物结构

有机硅弹性体对热、化学试剂、风化、臭氧、湿气和紫外线辐射等环境极为耐受，因此被广泛用于制造电子设备、汽车、飞机和医疗设备等领域相关产品 。有机硅弹性体在医疗设备中使用多年 ，其应用包括嵌入式传感器 、柔性电子设备 、软机器人等。

有机硅结构可以通过使用传统技术（如模塑）或先进技术如软光刻和3D打印制造 。但是由于液态有机硅预弹性体的界面行为带来的挑战， 3D打印的有机硅通常质量不佳。这些挑战可以通过使用嵌入支撑材料来部分解决，该材料在平移打印喷嘴周围流动，同时将沉积的墨水捕获在空间中，从而为打印结构提供稳定性 。

然而，即使在这样的稳定条件下，打印油墨与其支撑介质之间的界面张力也会在打印结构固化之前导致其变形和破裂 。用添加剂改性有机硅墨水可以使3D打印结构保持稳定 ，但使用未改性的有机硅油墨进行3D打印仍未得到研究。在不修改油墨的情况下实现高质量有机硅3D打印的一种途径是通过使用化学性质与其稳定油墨相似的支撑材料来消除界面张力的破坏作用 。因此，迫切需要开发化学性质类似于聚（二甲基硅氧烷）(PDMS) 油墨的支撑材料。

来自佛罗里达大学的研究人员开发了一种可3D打印精确、复杂精细结构PDMS有机硅弹性体的方法，其利用了在与有机硅油墨接触时具有不明显界面张力的支撑材料。研究人员将该方法称为超低界面张力增材制造(AMULIT)，支撑材料是一种填充的反相乳液，由硅油连续体中的液滴组成。研究人员发现，支撑材料和墨水之间的超低界面张力能够打印直径小至 8μm的特征，通过调整这种支撑材料的弹性和流动特性实现了高性能打印，能够制造如脑动脉瘤模型和功能性三叶心脏瓣膜这样的复杂结构。

通过使用几种不同的商用油墨配方来打印各种结构，研究人员证明了AMULIT技术不需要专门的墨水。通过机械测试，发现使用AMULIT生产的3D打印结构比模制结构更具可扩展性，并且同样坚固；还发现这些结构在宏观尺度和微观尺度粗糙度上具有光滑的表面质量，这得益于墨水和支撑介质之间的低界面张力。

总的来说，超低界面张力3D打印技术可用于制造与生物材料设计和手术模拟器相关的复杂硅胶结构，并引入了扩展使用其他材料打印的可能性。

可软可硬

制备火箭发动机燃烧室

增材制造（3Ｄ打印）在工业制造中已有着举足轻重的地位。特别是在航空航天领域的应用，能缩短新型航空航天装备的研发周期，提高材料的利用率，节约昂贵的战略材料，降低制造成本，提升设计自由度，优化零件结构，减轻重量，零部件快速修复等优势使之成为了一种关键技术。随着航空航天技术的发展，火箭技术也在不断地进步和发展。火箭作为快速远距离运送工具，在探空、发射人造卫星、载人飞船、空间站、导弹等领域得到了广泛应用。火箭是目前唯一能使物体达到宇宙速度，克服或摆脱地球引力，进入宇宙空间的运载工具，而火箭的速度是由火箭发动机工作获得的。

作为火箭发动机的关键零件，燃烧室必须在高温和高压的极端工作条件下实现所需性能、效率和可靠性。目前任何传统技术，包括冲压、机加工、钎焊、焊接和再次机加工的许多手段，都不可能在短时间内从零开始制造出一个几乎完工的燃烧室。而金属3D打印却能以独特的优势，成功突破传统火箭发动机制造模式的低生产效率、复杂工艺路线、生产周期长的瓶颈，提升火箭关键组件的制造水平与产品性能。

3D零件打印

先聊聊合金粉末制备

3D打印是一种快速成型技术，合金粉末作为3D打印的重要原料之一，粉末的相关参数会直接影响打印成型的质量。因此合金粉末制备技术的发展一直是推进3D打印相关技术的重要基础。

从原理上来讲，3D打印是利用粉末状的塑料或金属作为可黏合性材料，再利用离散堆积原理，依三维实体模型，经分层软件将其进行分层后将三维模型转换成二维模型，进而进行逐层打印而形成实物的一种快速成型技术，合金粉末因具有高强度、低弹性模量与低密度、良好抗疲劳性与强耐腐蚀性而广泛应用于3D打印行业。

合金粉末的相关参数会直接影响打印成型的质量，所以想要制造精细的产品，应通过合适的合金粉末制备设备，制造不同类型的合金粉末，可谓是基础环节的“杠把子”。其中气体雾化法制备的合金粉末，可快速凝固成型无偏析现象、粉体空心现象少，球形程度高，是诸多制备技术里，合金粉末出粉效果佳的不二之选。但是受到制备因素、技术水准的限制，气体雾化法制备合金粉末一直无法大力普及。这是因为目前制备技术发展相对不完善，大部分合金粉末的气体雾化法制备设备，出粉率偏低、生产成本高，对于产业化发展、规模化发展具有难以协调的鸿沟。

主流的3D打印金属材料有哪些

目前，国内外市场上主流的金属3D打印粉末主要有铁基合金，铝基合金，钛基合金，镍基合金，钴基合金这5大类。

铁基合金：

铁基合金是工业上应用最广泛的金属材料之一，也是最早被用于3D打印的金属材料，目前适用于3D打印的铁基金属粉末包括，不锈钢，工具钢，马氏体钢等。铁基合金的打印件的身影遍布军事工业、航空航天、工业模具、汽车工业、石油化工等领域。

铝基合金：

铝基合金因为其熔点低，制造出来的成品件轻，机械性能优异，且价格便宜，在3D打印方面的使用量一直在不断增长（许多企业有零件减重的需求，后面笔者会展开讲这个问题），但铝基合金的缺点也比较明显，因为它的重量轻，所以制成的铝合金粉末的流动性相比较其他金属粉末较差，加之激光烧结时很容易在粉末颗粒周围形成氧化层，需要在高温保护下去除，但是铝不耐高温的特性，限制了这种操作。

钛基合金：

钛和钛合金具有强度和硬度高，耐腐蚀，弹性模量低等特点，是最适用于3D打印的金属材料，但它的价格相对其他合金比较昂贵，目前主要应用在航空航天、医疗（骨科植入物）、豪华汽车、赛车和专业体育设备等领域。

镍基合金：

镍合金是一种耐高温的合金，具有良好的抗拉伸、抗疲劳和抗热疲劳性能，常用来制造需要耐高温的零部件，比如飞机发动机、燃气轮、飞机涡轮发动机等零件，广泛应用在化工，电力工业和石油天然气领域。

钴基合金：

钴基合金具有良好的高温性能、强度高、耐腐蚀性、耐磨和生物相容性等优点，多用在牙科、整形外科、航空航天等领域。

说完材料

再说说金属粉末安全问题

从实际制造来说，金属3D打印的每个阶段都会产生不同的污染源（或物质）进而会造成特定的危害。金属3D打印用的金属粉末，粒径分布通常为几十微米，可被吸入肺或肺泡。对于低密度的钛、铝及其合金都是反应性金属，风险尤其大，必须受到粉尘浓度的特定限制；其他金属粉末，如钢或其他含镍合金，则被危险物质指令分类为致癌、致突变和生殖毒性材料。对粉末颗粒的长期接触和吸入会给操作人员身体健康带来一定隐患。

基于对SLM工艺过程的整体评估，德国Bayreuth大学开发并评估了粉末防护的特定方案，其重点在于安全防护反应性材料Ti6AlV4。为减少危害而采取的保护措施由STOP原则确定优先级顺序，实施策略要基于流程、地点以及员工保护等关键因素。

金属粉末的处理必须格外小心，并且在可能的情况下，应在保护性气氛中进行。目前，全封闭的工艺流程正在被设备制造商所重视，以SLM Solutions为代表的金属打印机品牌商从粉末的灌装、清理甚至中途加装等所有流程均实现了全封闭操作，这种空间分割或封装最大程度的减少了粉尘的暴露和危害。在这种情况下，3D打印手套箱就成为了一种优先的设备选择。

（大型金属3D打印手套箱）

3D打印安全保护

3D打印技术作为一项前沿性、先导性非常强的新兴技术，对传统制造业的工艺改造和新材料的广泛应用具有颠覆性的意义和作用。我们制造的3D打印手套箱（增材制造保护手套箱）针对航空航天特殊零部件的加工所需要的环境而设计的：3D打印设备一般采用送粉成型或铺粉成型两种，每种成型设备其需要的手套箱设计要求不同，为此需要啊根据不同需求来设计手套箱提供可靠的解决方案。

金属3D打印惰性气体保护系统是一套高性能、高品质的自动吸收水、氧分子的超级净化防护手套箱，提供一个纯化工作环境需求的密闭循环工作系统，可以满足特定清洁要求应用的1ppm的O2和H2O惰性的氛围环境。实现了将选择性激光溶化装置本体放置在一密封箱体内，该密闭箱体与多级粉尘手机装置和风循环装置形成闭环，氩气在该闭环内循环，系统中的气氛水含量达到小于1PPM指标，氧含量达到小于1PPM指标，实现超高纯工作气氛的环境，加工的产品可直接应用，减少再处理环节，是一套满足科研开发而设计的经济型循环净化系统。

（大型金属3D打印手套箱）

技术优势

●解决3D打印手套箱大体积密封的可靠性。

●解决3D打印手套箱信号线及动力线高度集成进箱密封防干扰问题。

●解决3D打印手套箱工作时烟尘净化问题及过滤器更换周期及寿命问题。

●人性化专业化设计，箱体外形美观，箱体上大型门的密封性极好，开启方便简单。

●解3D打印手套箱送粉器送粉进气或铺粉设备镜头吹气与手套箱箱体压力控制。

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