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金属3D打印新探索,精度、功能与多材料应用

来源:杰呈3D打印 发布时间:2025-09-18 15:15:32 浏览次数:0
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Jakus等人提出了一种间接金属3D打印工艺,他们将金属粉末混合有机粘结剂PLGA制备成可打印的金属浆料,通过DIW打印技术首先打印出金属“生胚”,之后经过高温氢气还原煅烧得到金属打印部件。该方法由于采用氢气热还原的方法进行煅烧,因此能够不受原材料限制轻松打印出几乎各种金属单质。值得一提的是,由于一些金属氧化物甚至金属矿物也能经过氢气高温还原为单质,故DDM技术还能够使用对应金属氧化物或矿物的粉末作为原料,直接加工得到成品金属样件。

另一方面,由于DDM技术的打印过程基于DIW技术,因此其打印精度相对较低,并且制备过程中存在溶剂的挥发、粘结剂的脱除以及原材料的还原等,DDM制备的最终样品尺寸相对设计模型有一定收缩率。

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玻璃态金属材料(MGs)在传统金属3D打印过程中(如SLM)会因为局部的重复加热而产生形变,而降低光源能量又会因为能量过低而不能有效烧结,Gibson等人基于FDM技术,利用MGs的高温延展性,成功使用改装的高温喷头打印出玻璃态金属材料(Zr44Ti11Cu10Ni10Be25),其呈现出与传统锻造方式相当的力学性能。

3D打印金属材料不仅具有结构支撑的功能,在打印结构的基础上结合其导电性、导热性、化学活性等性质能够进一步开发出性能卓越的新型功能材料。Liang等人使用SLM技术打印出平均孔径为500 μm的多孔Fe-BGs框架结构,并应用于Fenton反应降解水中染料污染物,粗糙的打印表面以及疏松多孔的结构使得Fe-BGs表现出优异的催化效率。对3D打印金属材料的表面进行进一步处理,也能够增加打印材料的功能性。例如Ambrosi等人通过电化学处理的方式在不锈钢表面修饰Pt、IrO2和Ni薄膜,实现了电容、催化和pH传感等应用。Lee等人使用电化学氧化法,在3D打印的Ti微米阵列表面修饰一层Ti O2膜,使得打印件表面获得亲水疏气的特性,从而提升光催化电解水的效率。

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随着对传统材料不断的研究和探索,单一种类材料的性能越来越不能满足人们的使用需求,将不同材料在空间上进行组合往往能够获得比单独几种材料更为优异的性能,但这也因此对于3D打印技术提出了相应的挑战。目前为止,主流的三种3D打印过程均对多材料打印过程有相应的解决方案,为3D打印复合功能材料奠定基础。对于挤出式3D打印技术(如DIW、PolyJet、FDM等),单纯增加喷头数量,进而通过控制每个喷头挤出材料的时机,便能够实现多材料的同时打印。


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