導電彈性元件
幫助可拉伸電子産品量産
近日，南韓科學技術研究院科學家展示了使用3D列印成功制造出的可導電彈性元件。這種列印政策，能為大規模列印可穿戴裝置的多功能、可拉伸元件鋪平道路。
列印具有三維幾何形狀的固态彈性導體很有挑戰性，因為現有“墨水”的流變特性通常隻允許分層沉積。新研究利用3D列印實作彈性導體，在很大程度上得益于一種新型乳液基複合墨水，這是一種由導電彈性體複合材料、不混溶溶劑和乳化溶劑組成的乳液系統，可用于彈性導體的全方位列印。與3D列印中常用的其他墨水相比，新複合墨水具有許多優勢。具體來說，它表現出黏彈性、剪切稀化和潤滑性能，更好地支援複雜3D結構的列印。黏彈性也允許獨立的、絲狀的和直接寫入的平面外三維幾何形狀，并提供列印穩定性。
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可拉伸導體的列印結構表現出小于100微米的最小特征尺寸和超過150%的可拉伸性。乳液中分散溶劑相的蒸發導緻微結構化、表面局部導電網絡的形成，進而提高了導電性。為了展示他們的3D列印方法及基于乳液的墨水的潛力，團隊建立了具有可拉伸顯示屏的可穿戴溫度傳感器。研究人員強調，将他們的方法與3D掃描技術相結合，或能建立與人體形狀完美對齊的柔性電子産品，進而使使用者佩戴起來更加舒适。
高通量組合列印
改變3D列印“規則”？
近日，美國聖母大學科學家發明了一種新型3D列印方法——高通量組合列印，能夠控制材料的3D結構和局部成分，列印出柔韌程度呈梯度變化的材料，有望成為新材料發現和制造領域的“遊戲規則改變者”。
清潔能源和環境可持續性及電子和生物醫學裝置的快速發展，加大了對新材料的需求，但發現一種新材料通常需要10—20年時間，如果能将這一時間縮短至不到一年甚至幾個月，或許将改變新材料發現和制造的遊戲規則。為此研究團隊創造出一種稱為高通量組合列印（HTCP）的新型3D列印方法，能以傳統制造無法比拟的方式生産材料。在新工藝中，多種霧化納米材料“油墨”會在一個列印噴嘴中混合，且在列印過程中，“油墨”中各種材料的比例也會動态改變。是以，HTCP能控制列印材料的3D結構和局部成分，并以微尺度空間分辨率生産柔韌程度逐漸變化的梯度材料。
研究團隊指出，基于氣溶膠的HTCP用途廣泛，适用于列印各種金屬、半導體和電媒體，以及聚合物和生物材料。而且，它生成的組合材料具有“庫”的功能，每個庫包含數千種獨特的成分，是以可顯著加速新材料的研制。他們已經使用新方法列印出一種具有優異熱電性能的半導體材料，這一材料有望在能量收集和冷卻應用領域“大顯身手”。而梯度材料可用作柔軟的身體組織和堅硬的可穿戴或植入式裝置之間的“橋梁”，在生物醫學領域特别有用。研究團隊接下來計劃将機器學習和人工智能政策應用于HTCP，提供更豐富的資料，以加速更多新材料的研發。
一種新的3D列印方法，以微尺度空間分辨率生産出柔韌程度可呈梯度變化的材料，可以開拓更為廣闊的關于材料的想象空間。高通量組合列印技術制造的組合材料可被視為一個包含數千種成分的材料庫，研究人員能從中找到具有獨特性能的最佳材料成分。科研人員表示，新方法能夠縮短新材料的發現周期：不到一年，甚至更短，人工智能技術還能将其進一步加速。
列印材料對比
钛合金VS鋁合金
钛是一種在自然界中不會作為單獨元素出現的材料，必須從金紅石 (TiO2) 或钛鐵礦 (FeTiO3) 等礦物中提取。純钛的提取是一個複雜的過程，涉及多個步驟。生産純钛最廣泛使用的方法是Kroll法，由美國化學家威廉·J·克羅爾于1940年開發。該方法使用氯氣（Cl2）還原二氧化钛（TiO2）生産四氯化钛（ TiCl4)，然後用鎂 (Mg) 還原。雖然 Kroll 法在生産純钛方面很有效，但它是一個需要大量能源的高成本的過程。此外，钛的高反應性使其難以作為純金屬獲得，純度為99.9% 的樣品被認為是商業純钛。是以，它通常與其他元素結合使用以形成合金。
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钛具有許多特性，是以可以用于許多領域。它通常以合金形式使用，但由于其高生物相容性，純提取钛常被用于醫療行業。其主要特點是機械強度高、密度低、耐腐蝕性能優良、剛性高。
用于3D列印的钛合金主要有以下幾種：
●Ti6Al-4V，5 級：最重要和最常見的钛合金。由于其高強度和耐用性，它被用于增材制造。該合金由钛、鋁和釩組成，可承受高溫和腐蝕環境。
●Ti6Al-4V，23 級：由于其生物相容性，常用于醫療植入物和假體。
●Ti Beta 21S：比傳統钛合金更堅固，也更耐氧化和變形。它非常适合骨科植入物和航空發動機應用。Beta 钛在正畸學中備受推崇。
●Cp-Ti（純钛），1 級、2 級：由于钛與人體的生物相容性，這種合金在醫療行業有着廣泛的應用。
●TA15：一種幾乎完全由钛制成的合金，其中添加了鋁和锆。由這種合金制成的部件非常堅固且耐高溫，非常适合制造飛機和發動機的堅固部件。相對于它們的強度，它們也很輕。
鋁是一種在輕質和強度之間提供極佳折衷的金屬。除了耐腐蝕外，它還可以焊接。它的純淨狀态非常罕見，是以它以合金的形式使用，其中含有可改善其實體和機械性能的金屬，例如矽和鎂。要想獲得純鋁，需要首先使用Bayer 法從鋁土礦中獲得氧化鋁。礦石經洗滌粉碎，溶于燒堿，過濾得到純氫氧化鋁。然後加熱得到氧化鋁粉末。然後使用 Hall-Heroult 工藝，對氧化鋁進行電解還原以獲得純鋁。鋁合金比純鋁更常見，并用于許多工業應用。此外，它們還具有非常好的強度重量比以及非常好的抗疲勞和耐腐蝕性能。它們還具有可回收性、導熱性和導電性，并且毒性低。
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用于鋁3D列印的主要合金有以下幾種：
●AlSi10Mg：這是由矽和鎂形成的最常見的合金。它可用于制造堅固和複雜的零件，并用于制造外殼、發動機零件和生産工具。
●Al2139：最強的鋁合金，由于其重量輕、強度高和耐化學性，非常适合汽車等行業。它已被美國空軍、梅賽德斯-奔馳和空中客車等組織使用。這種材料的美妙之處在于它專為增材制造而設計，性能優于市場上的許多其他合金。
●Al 7000系列：這是一個著名的粉末合金系列，具有高抗拉強度和耐低溫性。
●Al 6061 & Al 7075：最近，3D 制造商使用這兩種合金取得了很好的效果。6061 的抗拉強度和硬度低于 7075。另一方面，7075 具有比 6061 鋁更好的抗沖擊性和更小的變形。
●A201.1 : 它是 200 系列銅鋁合金的一部分，以非常堅固着稱。但是，它們很難鑄造。這些合金推薦用于強度重量比至關重要的應用，例如運輸和航空航天。
以粉末形式出現
應用于不同的領域
在大多數情況下，钛和鋁以粉末形式出現，但它們也可以線材形式提供，例如 Virtual Foundry 或 Nanoe 提供的钛或鋁絲。要用這些金屬 3D 列印零件，必須首先獲得合金粉末，這主要使用兩種技術完成：等離子霧化或氣體霧化。等離子體（電離氣體）霧化是一種使用高溫、能量和熱源、惰性媒體（例如氩氣）和高速霧化金屬的過程，這個工藝生産出高品質的耐磨粉末。而氣體霧化使用空氣、氩氣或氦氣作為氣體來破碎熔融材料流，這是一種非常有效的工藝，廣泛用于生産細小的球形金屬粉末。
在冷噴塗工藝中，金屬材料也以粉末形式存在，但由于在這種情況下不必熔化或融合，冷噴塗可避免熱變形，并且不需要保護氣氛。當鋁和钛用于所謂的間接 3D 列印工藝（例如 FDM 或粉末粘合）時，也需要燒結。在列印階段之後，部件必須經過脫脂過程以将聚合物與金屬粘合劑分離。然後将部件在燒結爐中加熱到特定溫度，剛好低于熔化溫度，這将鞏固最終物體。這導緻部件的孔隙率非常低，因為粘合劑所在的空腔在此過程中被壓縮，進而導緻零件收縮。
航空航天業發現使用钛的增材制造有很大好處。它是制造航空航天部件（如噴氣發動機和瓦斯輪機）的理想材料，因為它可以顯著減輕高應力結構的重量。钛在增材制造中應用的一個例子是波音公司與 Norsk Titanium 合作，為 787 夢想飛機制造大型結構部件。這一過程中使用的技術是 DED，據報道，它比基于粉末的系統快 50 到 100 倍，并且比鍛造使用的钛少 25% 到 50%，每架飛機可能節省高達 300 萬美元。
钛目前正通過 3D 列印用于太空探索，但鋁在工業中的應用卻成倍增加。例如，波音公司正在使用在冷卻階段塗有納米顆粒的鋁合金生産 3D 列印部件。這使得焊接極其堅固的鋁合金成為可能，而不會在高溫時開裂。制造的部件更輕，使飛機能夠有效地使用燃料，并在相同數量的燃料下飛行更遠的距離。
而鋁在汽車行業中更為常見。保時捷使用 3D 列印為其旗艦 911 車型 GT2 RS 制造高性能鋁制活塞。使用這項技術，700 馬力的雙渦輪增壓發動機可以獲得高達 30 馬力的功率并提高效率。此外，在 2020 年，保時捷生産了用于電動變速箱的全鋁 3D 列印外殼，該外殼通過了公司的所有品質和負載測試。最後，钛在醫療行業是一種非常有吸引力的材料，因為它具有高強度和耐腐蝕性以及生物相容性，這使其成為骨科和牙科植入物的理想選擇。
金屬粉末的3D列印
先保障列印安全
如果從實際制造角度來說，金屬3D列印的每個階段都會産生不同的污染源（或物質）進而會造成特定的危害。金屬3D列印用的金屬粉末，粒徑分布通常為幾十微米，可被吸入肺或肺泡。對于低密度的钛、鋁及其合金都是反應性金屬，風險尤其大，必須受到粉塵濃度的特定限制；其他金屬粉末，如鋼或其他含鎳合金，則被危險物質指令分類為緻癌、緻突變和生殖毒性材料。對粉末顆粒的長期接觸和吸入會給操作人員身體健康帶來一定隐患。
不僅如此，在元件的列印過程中危險同樣存在，熔化過程産生的廢氣除一部分會被帶入過濾系統，仍可能有一部分被排出到列印系統的外置空間，進而造成室内環境的污染。随同廢氣的排出，一部分惰性氣體如氮氣尤其是氩氣，也是風險的來源。裝置的維護過程，如過濾系統的清潔，其中的粉塵、灰燼比金屬顆粒更加細小，若處理不當，很可能會因為成分的穩定性問題發生火災甚至爆炸。
基于對SLM工藝過程的整體評估，德國Bayreuth大學開發并評估了粉末防護的特定方案，其重點在于安全防護反應性材料Ti6AlV4。為減少危害而采取的保護措施由STOP原則确定優先級順序，實施政策要基于流程、地點以及員工保護等關鍵因素。
金屬粉末的處理必須格外小心，并且在可能的情況下，應在保護性氣氛中進行。目前，全封閉的工藝流程正在被裝置制造商所重視，以SLM Solutions為代表的金屬列印機品牌商從粉末的灌裝、清理甚至中途加裝等所有流程均實作了全封閉操作，這種空間分割或封裝最大程度的減少了粉塵的暴露和危害。在這種情況下，3D列印手套箱就成為了一種優先的裝置選擇。
（大型金屬3D列印手套箱）
3D列印安全保護
3D列印技術作為一項前沿性、先導性非常強的新興技術，對傳統制造業的工藝改造和新材料的廣泛應用具有颠覆性的意義和作用。我們制造的3D列印手套箱（增材制造保護手套箱）針對航空航天特殊零部件的加工所需要的環境而設計的：3D列印裝置一般采用送粉成型或鋪粉成型兩種，每種成型裝置其需要的手套箱設計要求不同，為此需要啊根據不同需求來設計手套箱提供可靠的解決方案。
金屬3D列印惰性氣體保護系統是一套高性能、高品質的自動吸收水、氧分子的超級淨化防護手套箱，提供一個純化工作環境需求的密閉循環工作系統，可以滿足特定清潔要求應用的1ppm的O2和H2O惰性的氛圍環境。實作了将選擇性雷射溶化裝置本體放置在一密封箱體内，該密閉箱體與多級粉塵手機裝置和風循環裝置形成閉環，氩氣在該閉環内循環，系統中的氣氛水含量達到小于1PPM名額，氧含量達到小于1PPM名額，實作超高純工作氣氛的環境，加工的産品可直接應用，減少再處理環節，是一套滿足科研開發而設計的經濟型循環淨化系統。
（大型金屬3D列印手套箱）
技術優勢
●解決3D列印手套箱大體積密封的可靠性。
●解決3D列印手套箱信号線及動力線高度內建進箱密封防幹擾問題。
●解決3D列印手套箱工作時煙塵淨化問題及過濾器更換周期及壽命問題。
●人性化專業化設計，箱體外形美觀，箱體上大型門的密封性極好，開啟友善簡單。
●解3D列印手套箱送粉器送粉進氣或鋪粉裝置鏡頭吹氣與手套箱箱體壓力控制。
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