近年來(lái)快速成型制造技術(shù)經(jīng)歷了顯著的技術(shù)演進(jìn)。隨著3D打印技術(shù)的突破,其應(yīng)用材料也呈現(xiàn)出多元化趨勢(shì)。早期打印材料選擇有限,但經(jīng)過(guò)持續(xù)研發(fā),材料的種類與性能已得到極大拓展。除聚合物(如PLA、ABS、樹(shù)脂、尼龍)和金屬等主流材料外,陶瓷與有機(jī)材料正成為3D打印領(lǐng)域的新焦點(diǎn)。
陶瓷材料:從傳統(tǒng)到技術(shù)應(yīng)用的跨越
提及陶瓷,多數(shù)人會(huì)聯(lián)想到粘土或瓷器等傳統(tǒng)材料,但3D打印領(lǐng)域更關(guān)注技術(shù)陶瓷的潛力。當(dāng)前市場(chǎng)主流技術(shù)陶瓷分為兩類:氧化物與非氧化物。氧化物類包括氧化鋁、氧化鋯和二氧化硅等金屬氧化物,非氧化物類則涵蓋碳化硅、硼化硅和氮化硅等材料。這類材料因具備耐高溫、耐磨損特性,在汽車、航空航天等領(lǐng)域的高性能部件制造中優(yōu)勢(shì)顯著。陶瓷3D打印工藝多樣,涵蓋粉末粘合、立體光刻、擠壓成型及光聚合等技術(shù)。
砂:陶瓷材料中的特殊應(yīng)用代表
砂可視為陶瓷材料的一種延伸,其在3D打印中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在鑄造模具制造領(lǐng)域。通過(guò)增材制造技術(shù),砂型打印能大幅減少材料浪費(fèi),并顯著縮短生產(chǎn)周期。該技術(shù)既支持小批量成品生產(chǎn),也可用于原型開(kāi)發(fā),如ExOne公司的S-MaxFlex設(shè)備。例如,Sandhelden已利用3D砂型打印技術(shù)生產(chǎn)出更耐用的浴室配件,展現(xiàn)了砂材料在復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造中的獨(dú)特價(jià)值。
水泥:建筑領(lǐng)域的3D打印革新
水泥是另一類值得關(guān)注的陶瓷材料。其生產(chǎn)過(guò)程中,石粒與水混合形成均勻糊狀物,可直接用于3D打印。這一特性使增材制造在建筑行業(yè)的應(yīng)用日益重要?;炷磷鳛榻ㄖ牧铣杀镜土?,而3D打印設(shè)備的價(jià)格區(qū)間覆蓋18萬(wàn)歐元至百萬(wàn)歐元以上。市場(chǎng)主流設(shè)備包括ApisCorHouse打印機(jī)和WASPCrane打印機(jī),其核心優(yōu)勢(shì)在于高效性——部分機(jī)型可在48小時(shí)內(nèi)完成房屋墻壁的建造。
木材與石材:仿真材料的3D打印突破
木材和石材類材料主要通過(guò)絲狀形式應(yīng)用于FDM/FFF型3D打印機(jī)。部分創(chuàng)新方案,如DesktopMetal采用Forest?技術(shù)的材料噴射設(shè)備,可實(shí)現(xiàn)木質(zhì)材料的直接打印。目前市售的長(zhǎng)絲產(chǎn)品中,木質(zhì)材料通常含30%-40%木纖維與60%-70%聚合物,石材長(zhǎng)絲則多為石膏與塑料的混合物。ColorFabb和Formfutura等制造商提供的這類材料,不僅外觀與觸感接近天然材質(zhì),還能用于制造更耐用的功能性部件。
有機(jī)材料:從生物打印到日常消費(fèi)的跨界
轉(zhuǎn)向有機(jī)材料領(lǐng)域,生物3D打印是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。該技術(shù)利用含細(xì)胞的"生物墨水",通過(guò)特制注射器逐層沉積,可制造皮膚、組織、肌腱甚至器官。盡管仍處于發(fā)展階段,但相關(guān)創(chuàng)新已展現(xiàn)出廣闊前景。
蠟:精密制造的傳統(tǒng)材料新應(yīng)用
蠟作為有機(jī)材料,在機(jī)械、藝術(shù)、牙科及珠寶領(lǐng)域具有長(zhǎng)期應(yīng)用歷史。3D打印技術(shù)進(jìn)一步拓展了其用途,如3DSystems的ProJetMJP3600W/3600WMax設(shè)備使用M3Hi-Cast材料,Prodways旗下Solidscape公司則推出專為珠寶行業(yè)設(shè)計(jì)的蠟材3D打印機(jī),滿足了高精度成型需求。
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