3D打印，工藝仿真的案例
CAE仿真可以讓3D打印更簡單
采用MSC提供的特殊建模技術(shù)，無論部件形狀多么復(fù)雜都能快速建立適合 3D打印工藝仿真的模型；在求解技術(shù)方面中，通常一個(gè)復(fù)雜的3D打印工藝仿真可以在幾十分鐘到數(shù)個(gè)小時(shí)內(nèi)完成，預(yù)測的變形誤差在5%以內(nèi)。下面是實(shí)際通用機(jī)械和飛機(jī)結(jié)構(gòu)金屬3D打印仿真的結(jié)果示意圖：
設(shè)計(jì)仿真 | Cradle CFD助力金屬3D打印工藝優(yōu)化
近期，河北工業(yè)大學(xué)聯(lián)合海克斯康工業(yè)軟件技術(shù)團(tuán)隊(duì)在金屬BJ工藝的相關(guān)研究中取得突破。通過Cradle CFD構(gòu)建滲透模型，揭示了溫度對粘結(jié)劑滲透的雙重作用機(jī)制，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真結(jié)果的可靠性。
設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
盡管BJ技術(shù)前景廣闊，但其工藝優(yōu)化仍面臨兩大難題：
? 滲透機(jī)理復(fù)雜：液滴的鋪展、滲透受慣性力、重力、粘性力等共同影響，難以通過實(shí)驗(yàn)直接觀測；
? 溫度敏感性高：粘結(jié)劑的粘度隨溫度變化顯著，導(dǎo)致工藝穩(wěn)定性難以把控。
粘結(jié)劑與粉末床的相互作用過程
設(shè)計(jì)案例
技術(shù)亮點(diǎn)
? 差異化網(wǎng)格劃分：針對液滴、空氣域和粉末床區(qū)域分別優(yōu)化網(wǎng)格密度，既保證界面捕捉精度，又避免計(jì)算資源浪費(fèi)；
? 網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證：對比三種網(wǎng)格方案（節(jié)點(diǎn)數(shù)從165萬到736萬），最終選擇誤差的中等密度網(wǎng)格，兼顧效率與準(zhǔn)確性。
網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立性驗(yàn)證
仿真結(jié)果：溫度如何改寫滲透規(guī)則？
通過Cradle CFD模擬不同溫度（20℃—40℃ ）下的單液滴與雙液滴滲透過程，研究團(tuán)隊(duì)揭示了溫度對粘結(jié)劑行為的雙重影響：
? 縱向滲透增強(qiáng)：溫度升高導(dǎo)致粘結(jié)劑粘度下降，流動(dòng)阻力減小，液滴更易深入粉末床。
? 橫向鋪展受限：高溫下，毛細(xì)力主導(dǎo)液滴向孔隙內(nèi)部滲透，而非持續(xù)橫向擴(kuò)展。
不同溫度下粘結(jié)劑的鋪展形貌
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：從虛擬到現(xiàn)實(shí)的閉環(huán)驗(yàn)證
為驗(yàn)證仿真結(jié)果，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的打印實(shí)驗(yàn)。采用M400Pro金屬3D打印機(jī)，在不同溫度下打印15 mm×10 mm×8 mm的長方體生坯。
展開 金屬3D打印的最佳實(shí)踐(一)：NASA新材料3D打印工藝開發(fā)備忘錄
采用3D打印制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件已經(jīng)被業(yè)內(nèi)專家作為一種潛在的解決方案，基于輕量化和一體化的制造優(yōu)勢，3D打印可以減少部件的總數(shù)量并能釋放火箭的容量，同時(shí)帶來成本的降低。在這個(gè)過程中，材料及其安全可靠的打印工藝是極其重要的。
用Modeclix創(chuàng)新性的3D打印織物制造工藝技術(shù)制作的3D打印時(shí)裝盛宴
Modeclix是一種創(chuàng)新性的3D打印織物制造工藝。在上個(gè)星期于丹麥奧胡斯市舉行的時(shí)尚和科技活動(dòng)Aarhus Walks on Water上，用這項(xiàng)技術(shù)制造的3D打印服飾吸引了眾多目光。
在活動(dòng)中，參觀者可以看到用Modeclix技術(shù)制作的連衣裙、配件和其他服裝。該工藝由英國赫特福德大學(xué)商業(yè)與創(chuàng)新副院長Shaun Borstrock與設(shè)計(jì)師Mark Bloomfield共同開發(fā)，后者也是3D打印首飾公司Electrobloom的創(chuàng)始人。
Modeclix使用激光燒結(jié)增材制造技術(shù)來制造織物片段，制作材料為塑料。打印完成后，這些片段可以組裝成各種風(fēng)格和尺寸的服飾，如驚艷的禮服、休閑的連衣裙、襯衫，甚至錢包。
值得注意的是，Modeclix織物有著無限的時(shí)尚潛力，由于使用互鎖部件，它們可以被拆分開并被重新組裝成全新的服飾。
這些高度柔韌的材料可以模仿傳統(tǒng)的紡織品，也很容易染色，可以在單件衣服中形成顏色不同的圖案。
在Aarhus Walks on Water上，Modeclix展示了一系列衣服、包包和頭飾，它們都是用這種可定制、可回收的多功能3D打印織物制成的。
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展開 
繼高速3D打印后，這家再進(jìn)一步完善工藝，可混合不同的金屬粉末3D打印
近日，澳大利亞3D打印設(shè)備制造商SPEE3D表示已進(jìn)一步完善了其著名的超音速3D打印流程。他們獨(dú)特的工藝是以超音速將金屬粉末的細(xì)顆粒噴向目標(biāo)，由快速移動(dòng)的金屬粉末顆粒攜帶的能量使粉末粘合到目標(biāo)上，從而逐漸形成完全3D金屬物體。
其工藝的主要優(yōu)勢是更快的3D打印速度，比典型的粉末床激光工藝快得多。此外，該工藝還可以使用在常見金屬3D打印工藝中不易使用或甚至不可能的金屬粉末。例如，銅是SPEE3D系統(tǒng)中常用的金屬，但在其他系統(tǒng)中很少使用。
（SPEE3D僅用十二分鐘3D打印的銅輪）
進(jìn)一步完善了這項(xiàng)工藝后，SPEE3D甚至可以混合不同的金屬粉末以形成動(dòng)態(tài)合金，以及將材料混合在一起。例如，SPEE3D的機(jī)器生產(chǎn)了復(fù)雜的鋁制散熱片，使用銅制的功能來傳遞熱量，適合戶外使用。
（SPEE3D僅用六小時(shí)3D打印出一個(gè)大型銅輪）
SPEE3D的另一項(xiàng)改進(jìn)是他們提高了噴嘴的可用性，特別是針對某些材料。當(dāng)噴嘴以超音速噴射金屬顆粒時(shí)，噴嘴承受很大的應(yīng)力，噴嘴極容易發(fā)生磨損和堵塞的情況。
該公司的旗艦機(jī)LightSPEE3D打印機(jī)將有更大的機(jī)器WarpSPEE3D加入。這臺機(jī)器可能使用相同的內(nèi)部組件，但是實(shí)現(xiàn)更大的構(gòu)建體積（1000直徑x700mm）。
展開 幾種3D打印仿真軟件-Part 2
3D打印 / 增材制造仿真是一個(gè)廣泛的概念，從打印材料熔化，到刀具路徑，再到打印后處理工藝，整套3D打印制造流程幾乎都可以通過仿真軟件進(jìn)行模擬。借助仿真的力量，3D打印零件的設(shè)計(jì)能夠得到優(yōu)化，打印失敗的情況也將減少。但是由于仿真技術(shù)能夠涵蓋到整個(gè)3D打印過程，市場上各種3D打印仿真軟件的應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)也是不同的。
3D科學(xué)谷曾在3D打印仿真軟件-Part 1一文中列舉了幾種3D打印仿真軟件。本期，3D科學(xué)谷整理了另外幾種3D打印仿真軟件。
Materialise
Materialise 在其Magics 軟件中集成了Simufact的仿真功能，金屬3D打印操作人員無需在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備軟件和仿真軟件之間來回切換，即可利用仿真結(jié)果來修改部件的擺放角度和支撐。這個(gè)仿真模塊易于使用，它不是一個(gè)研究工具，而是一個(gè)可以在日常運(yùn)用的生產(chǎn)工具。
通過使用Magics中的仿真功能，用戶可以快速發(fā)現(xiàn)并解決加工中的問題，降低加工失敗的風(fēng)險(xiǎn)。這有助于提高金屬增材制造的效率，從而改善運(yùn)營利潤。
Magics 軟件中的仿真模塊，圖片來源：Materialise
Magics Simulation模塊作為現(xiàn)有軟件中的完全嵌入式集成仿真模塊，用戶無需在不同軟件包之間進(jìn)行更換就可以使用仿真。
Magics 仿真模塊專注于金屬增材制造仿真，采用基于Simufact仿真技術(shù)的機(jī)械固有應(yīng)變方法，包括應(yīng)變校準(zhǔn)[和]模擬作業(yè)管理系統(tǒng)。它還具有無縫集成的可視化工具，如（反）變形，收縮線和重涂沖突和根據(jù)模擬結(jié)果調(diào)整支撐的能力。
Materialise 計(jì)劃進(jìn)一步通過仿真來自動(dòng)推動(dòng)金屬增材制造工作流程，例如優(yōu)化支撐結(jié)構(gòu)，零件擺放方向，切片等，幫助3D打印用戶將打印設(shè)備的容量使用最大化。
展開 90μm層厚金屬3D打印工藝，進(jìn)一步提升打印效率
2021年9月29日，南極熊獲悉，選區(qū)激光熔化技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者德國SLM Solutions經(jīng)過不懈的努力，在材料數(shù)據(jù)庫和工藝庫方面終于取得了一系列階段性進(jìn)展，其中包括AlSi10Mg鋁合金90μm工藝參數(shù)。
該參數(shù)適用于所有配備有700W激光器的設(shè)備，在大幅提升打印效率的同時(shí)，仍能保證零部件的成型質(zhì)量。正如案例所示，在配置四個(gè)700W激光器的SLM?500設(shè)備上，使用新研發(fā)的90μm層厚參數(shù)打印一個(gè)重達(dá)13.9kg的發(fā)動(dòng)機(jī)缸頭， 成型時(shí)間創(chuàng)下了全新的記錄，全程僅需27小時(shí)，而實(shí)際成型效率更是達(dá)到了194cm3/h！與目前市面上普遍使用的30μm層厚打印參數(shù)相比，打印效率提升了400%以上！
提升打印效率的前提是保證打印質(zhì)量與零部件性能，使用90μm層厚打印參數(shù)仍然可以滿足行業(yè)內(nèi)對該零件的機(jī)械性能要求。新參數(shù)的公布進(jìn)一步加速了金屬3D打印的工業(yè)化進(jìn)程，SLM Solutions表示，只有不斷提升打印效率及生產(chǎn)力才能將金屬增材制造的優(yōu)勢最大化，從而為合作伙伴們帶來持續(xù)、穩(wěn)定且可增長的收益。
展開 工藝品制造業(yè)加速轉(zhuǎn)型 3D打印會取代傳統(tǒng)工藝嗎？
隨著3D打印在工藝品制造行業(yè)應(yīng)用程度的不斷深入，有關(guān)3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造工藝孰優(yōu)孰劣的爭論也開始越來越激烈。那么，未來3D打印技術(shù)會取代傳統(tǒng)制造工藝嗎？
當(dāng)前，我國的工藝品行業(yè)面臨著與以往不同的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。工藝品是一個(gè)追求個(gè)性化的行業(yè)，缺少設(shè)計(jì)風(fēng)格的產(chǎn)品在激烈的市場紛爭中很難長久存在。運(yùn)用代代相傳的手工藝制造技術(shù)，可以保存某些產(chǎn)品較為古樸的面貌，并在一定程度上展示手工藝人的精湛技藝。與此同時(shí)，靠手工制造的工藝品難以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)，這對稀缺手工藝品的廣泛普及造成了一定的阻礙。
將3D打印用于工藝品制造后，工藝品各個(gè)部位的彎曲程度、大小尺寸都更為統(tǒng)一。在量化生產(chǎn)方面，借助3D打印設(shè)備可以有效提升生產(chǎn)效率，并縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間。與此同時(shí)，采用3D打印進(jìn)行人形、動(dòng)物工藝品制造時(shí)，往往不如手工制造那樣可以展現(xiàn)其神態(tài)，產(chǎn)品能在一定程度上達(dá)到形似，但很難達(dá)到神似。
總之，工藝品制造既需要精湛的技藝，也需要長久的耐心。將傳統(tǒng)制造工藝與3D打印等前沿技術(shù)結(jié)合起來，集中這二者的優(yōu)勢，或許能推動(dòng)整個(gè)工藝品制造業(yè)加快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級，并取得新的發(fā)展成果。從目前來看，3D打印技術(shù)還不大可能取代傳統(tǒng)工藝。至于未來3D打印技術(shù)是否會取代傳統(tǒng)工藝，相信時(shí)間會告訴我們答案！
展開 技術(shù)貼：常見3D打印工藝與缺陷
當(dāng)一個(gè)正在冷卻時(shí)，另一個(gè)可以被激活以進(jìn)行第二個(gè)打印作業(yè)。
△MJF流程
直接能量沉積（Direct Energy Deposition）
常用工藝：DED、WAAM
描述：這種方法通過擠壓金屬，無論是金屬粉末還是金屬線，然后立即受到高能量的撞擊。能量熔化金屬，熔池立即下降到3D空間，通過機(jī)械臂進(jìn)行位置操作。
缺陷：雖然這種方法通常高效且高度可擴(kuò)展，但DED的表面分辨率質(zhì)量相當(dāng)差。產(chǎn)品往往看起來很粗糙。
解決方案：一些制造商使用CNC銑削工具以在打印過程中或打印后打磨表面。
△DED金屬3D打印表面
片材層壓（Sheet Lamination）
常用工藝：CleanGreen、Solido
描述：這種過程需要將材料片一張一張地層壓在一起。隨著每張材料片疊加，切割器在特定層高度切掉物體邊緣的形狀。打印完成后，將切片區(qū)域拉開以顯示最終部分。
缺陷：在某些幾何形狀中，廢料會被困在物體內(nèi)部并且無法去除。這限制了工藝可能制造的幾何形狀。
△3D打印片材層壓（紙）
工藝互補(bǔ)是當(dāng)下最好的方法
現(xiàn)在的市場上能看到不同工藝的多種3D打印機(jī)，這些機(jī)器具有不同的功能，使用不同的材料，擁有不同的定價(jià)。然而，這些打印機(jī)也有各自的局限。例如，小巧的3D打印機(jī)無法制造大零件；FFF設(shè)備無法打印光滑的表面；金屬3D打印機(jī)無法生產(chǎn)聚合物產(chǎn)品。
△多臺3D打印機(jī)
因此，如果想要盡可能多地豐富制造能力，最好的辦法是在預(yù)算充足的情況下利用多個(gè)機(jī)器，起到工藝互補(bǔ)作用。通過對工作類型、材料選擇、零件尺寸和質(zhì)量判斷，先購買最適合的機(jī)器，然后根據(jù)需要增加更多設(shè)備。
展開 鎢金屬的3D打印工藝參數(shù)研究
在金屬3D打印領(lǐng)域，有一種尚未普遍實(shí)現(xiàn)增材制造應(yīng)用的金屬材料是鎢。鎢（簡稱W）是一種稀有的高熔點(diǎn)金屬，它具有很高的耐腐蝕性，是電子、電光源、化學(xué)處理、航天以及武器行業(yè)的理想材料。然而，也正是由于高熔點(diǎn)和高硬度的特性，使鎢成為一種難加工材料，也難以通過金屬3D打印技術(shù)進(jìn)行增材制造。
根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，在市場上已有公司實(shí)現(xiàn)了鎢金屬的3D打印，但是市場上有關(guān)3D打印工藝參數(shù)對鎢粉末材料的影響的研究仍然很少。
為了探究工藝參數(shù)對鎢材料加工的影響，來自GTP（Global Tungsten Powder）和Incodema3D等公司的研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一項(xiàng)題為“直接金屬激光燒結(jié)/選區(qū)激光熔融鎢粉（Direct Metal Laser Sintering / Selective Laser Melting of Tungsten Powders）”的研究，目的是確定影響鎢粉致密化的關(guān)鍵工藝參數(shù)，這對于制造具有良好機(jī)械性能的復(fù)雜零件至關(guān)重要。研究團(tuán)隊(duì)還對低表觀密度或低球形粉末作為選區(qū)激光熔融3D打印原材料的可行性進(jìn)行了研究。
激光功率為影響鎢粉致密化的關(guān)鍵參數(shù)
根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，研究人員使用兩種樣品進(jìn)行比較，一種是低表觀密度粉末，一種是具有高球形度高表觀密度粉末。研究人員使用EOSINT M 280 3D打印機(jī)為每種粉末創(chuàng)建了16個(gè)立方體樣件，共計(jì)32個(gè)樣件。隨后使用掃描電子顯微鏡觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)，并使用軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
200W激光功率時(shí)，平行（頂部）和垂直（底部）激光掃描方向的微結(jié)構(gòu)，圖片來源：GTP。
最終，激光功率被確定為影響鎢粉致密化的關(guān)鍵參數(shù)。對于低表現(xiàn)密度和高表觀密度的鎢粉末樣品，激光功率對于最終密度變化的影響分別占92％和70％。
展開 石墨烯3D打印工藝及其應(yīng)用
3D打印是近年來快速發(fā)展的成型制造工藝，又被稱為“增材制造”。相比于傳統(tǒng)的減材制造過程，減少了模具制造的過程。這種無模具自由成形的技術(shù)擺脫了空間幾何及設(shè)計(jì)工藝的束縛，可將復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變成實(shí)體產(chǎn)品。
將3D打印技術(shù)與石墨烯/聚合物基復(fù)合材料的制備結(jié)合起來，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的快速制造成型，制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。石墨烯的加入，使得3D打印產(chǎn)品具有更好的力學(xué)性能和功能特性，同時(shí)還可以更方便地制備梯度化功能制品。
此外，3D打印逐層制造的方式，抑制了石墨烯在聚合物基體中的大面積團(tuán)聚，更有利于實(shí)現(xiàn)均勻分散。目前用于石墨烯/聚合物基復(fù)合材料的3D打印方式主要有以下四種。
噴墨打印成型(Inkjet)
噴墨打印已在電子電路、柔性器件等方面得到了廣泛的應(yīng)用。在常用的壓電式噴墨打印成型過程中，打印材料首先溶解或者分散在溶劑中形成“墨汁”，而后根據(jù)打印需要適時(shí)將電壓加在壓電陶瓷片上使其產(chǎn)生變形，擠壓腔體中的墨汁使其逐滴噴出，在基板上層層累積形成需要打印的形狀，最后通過熱處理、光照、冷凍干燥等后處理方式去除溶劑定型。
石墨烯高載流子遷移率使得其非常適用于納米電子器件的制備，噴墨打印便是一種常用的方便高效的制備方法。而聚合物的加入可以穩(wěn)定墨汁，防止石墨烯沉淀分層，還可以調(diào)節(jié)墨汁黏度，使其處于便于打印的范圍。
展開 
【材料課堂】3D打印用球形金屬粉末制備工藝
本文對3D打印用金屬粉末的主要制備工藝的基本原理進(jìn)行了闡述, 并分析了其優(yōu)缺點(diǎn), 目的是進(jìn)一步提高3D打印用金屬粉末的制備技術(shù)水平, 促進(jìn)3D打印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
球形金屬粉末是金屬3D打印的核心材料, 是3D打印產(chǎn)業(yè)鏈中最重要的環(huán)節(jié), 與3D打印技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。在“2013世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會”中, 權(quán)威專家對3D打印金屬粉末的性能要求給出了清晰的定義, 即尺寸小于1 mm的金屬粉末, 此外, 還要求金屬滿足純度高、球形度好、粒徑分布窄、含氧量低、流動(dòng)性好等要求。2014年6月頒布的ASTM F3049-14標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了3D打印金屬粉性能的范圍和表征方法。目前, 3D打印用金屬粉末材料主要集中在鐵、鈦、鈷、銅、鎳等金屬及其合金方面。
隨著金屬3D打印技術(shù)的飛速發(fā)展, 球形金屬粉末的市場將保持高增長態(tài)勢。2016年3D打印金屬粉的市場規(guī)模約為2.5億美元, 據(jù)IDTechEx表示, 到2025年, 3D打印金屬粉末的市場規(guī)模將達(dá)到50億美元。但目前3D打印用球形金屬粉主要由國外廠家壟斷, 國內(nèi)生產(chǎn)的球形粉末存在性能不穩(wěn)定、成本高、收得率低等問題。因此, 研究3D打印金屬粉末的制備尤為重要, 本文對3D打印用金屬粉末的主要制備工藝的基本原理進(jìn)行了闡述, 并分析了其優(yōu)缺點(diǎn), 目的是進(jìn)一步提高3D打印用金屬粉末的制備技術(shù)水平, 促進(jìn)3D打印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
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3D打印用金屬粉末制備工藝現(xiàn)狀
目前針對3D打印用金屬粉末的制備方法主要有霧化法、旋轉(zhuǎn)電極法、球化法等。
展開 3D打印/FDM工藝制備導(dǎo)熱MWCNT/PLA納米復(fù)合材料
3D打印，也被稱為增材制造，是一種從3D模型數(shù)據(jù)一層一層地將材料連接起來制造物體的過程。其中直接墨水直寫(DIW)和熔融層積成型(FDM)正在成為制造聚合物納米復(fù)合材料最成功和最廣泛使用的工藝。其中FDM方法是一種簡單的方法，可以制造幾何復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，并可編程宏觀和微觀結(jié)構(gòu)。3D打印的高縱橫比材料可以賦予打印結(jié)構(gòu)特殊的多功能，包括在電氣和熱管理、能量收集、能量存儲和傳感等應(yīng)用中所需要的功能。
3D打印和碳納米管的結(jié)合可以為分層排列的結(jié)構(gòu)編程提供無限的可能性。為了獲得高導(dǎo)熱性的聚合物納米復(fù)合材料，最需要的是在聚合物基體中加入大量的填料，并控制填料的取向和位置。3D打印能夠?qū)⑻盍戏植荚趶?fù)合材料中具有所需方向的特定位置，有助于形成導(dǎo)熱路徑，并在首選方向上提高導(dǎo)熱性。
02
成果掠影
近期，美國特拉華大學(xué)材料科學(xué)與工程系的倪超英教授在通過3D打印的方法驗(yàn)證了該工藝對聚合物導(dǎo)熱性能的影響。該團(tuán)隊(duì)利用3D打印方法制備了MWCNTt填充的聚乳酸(PLA)納米復(fù)合材料。在打印過程中，由于MWCNT/PLA復(fù)合長絲與噴嘴壁面之間的剪切力，MWCNTs沿打印方向自發(fā)形成對齊結(jié)構(gòu)。XRD結(jié)果證實(shí)了MWCNTs的對準(zhǔn)性。對齊的高填料加載不僅顯著促進(jìn)傳熱，而且有助于保持加熱時(shí)結(jié)構(gòu)的完整性。垂直排列的20 wt % MWCNT/PLA納米復(fù)合材料在35℃時(shí)的面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)為0.575 W/(mK)，約為水平排列結(jié)構(gòu)(~ 0.218 W/(mK))的2.64倍，在相同溫度下約為純PLA (0.098 W/(mK))的5.87倍。在散熱器上進(jìn)行的紅外熱成像驗(yàn)證了納米復(fù)合材料與基體聚合物相比的優(yōu)越性能。在這項(xiàng)研究中，我們實(shí)現(xiàn)了MWCNT/PLA的增材制造，同時(shí)具有高填充率和顯著的導(dǎo)熱性改善。
展開 一種3D打印新方法及工藝裝備！
3D打印技術(shù)（亦稱增材制造）已發(fā)展成為融合材料設(shè)計(jì)、制造工藝、應(yīng)用開發(fā)為一體的功能化制造技術(shù)。聚酰亞胺作為一種特種工程材料，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、微電子、納米、液晶等領(lǐng)域。然而，對于聚酰亞胺開展復(fù)雜成形與數(shù)字加工極為困難，造成其應(yīng)用對象受限。因此，發(fā)展高性能、適用于3D打印的聚酰亞胺墨水材料將具有廣泛應(yīng)用潛能。近年來，國內(nèi)外已有數(shù)篇關(guān)于3D打印聚酰亞胺的報(bào)道，但其要么成形后尺寸收縮太大，要么與傳統(tǒng)聚酰亞胺材料性能相差較遠(yuǎn)。因此，高性能聚酰亞胺增材制造正在成為國內(nèi)外3D打印及裝備領(lǐng)域面臨的重要挑戰(zhàn)和研究重點(diǎn)之一。
直書寫增材制造聚酰亞胺墨水制備方法及原理
近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王曉龍研究員團(tuán)隊(duì)和江南大學(xué)機(jī)械學(xué)院劉禹教授團(tuán)隊(duì)合作，在原DLP 3D打印聚酰亞胺基礎(chǔ)上（Solvent-free and photocurable polyimide inks for 3D printing， J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 16307），成功開發(fā)了一種適用于高性能聚酰亞胺增材制造的紫外輔助直書寫工藝（Direct Ink Writing of High Performance Architectured Polyimides with Low Dimensional Shrinkage. Adv. Eng. Mater. 2019, 1801314）。研究人員建立了一種新型的“光固化聚酰胺酸前驅(qū)體+熱酰亞胺化”策略，提出利用UV-輔助直書寫打印（UV-DIW）技術(shù)完成高性能聚酰亞胺的直接三維復(fù)雜成形，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)的材料制造與裝備工藝技術(shù)專利創(chuàng)新。
展開 綜述：電子3D打印的技術(shù)、工藝、材料和未來趨勢
導(dǎo)讀：近年來，由于電子3D打印技術(shù)具有傳統(tǒng)制造方法無法實(shí)現(xiàn)的獨(dú)特功能，因此引起了業(yè)界和研究人員的濃厚興趣。這一最新技術(shù)具有極大的優(yōu)勢，未來的研究趨勢是朝著3D嵌入式電子設(shè)備、3D共形電子學(xué)、柔性3D打印電子學(xué)和可伸縮3D打印電子學(xué)的應(yīng)用發(fā)展。深入了解用于制造3D打印電子設(shè)備的先進(jìn)功能材料和技術(shù)的目前發(fā)展很有必要。
南極熊獲悉，來自新加坡科技大學(xué)的研究者整理了關(guān)于3D打印電子器件的發(fā)展和應(yīng)用，已經(jīng)將研究內(nèi)容發(fā)表在了《Progress in Materials Science 》期刊中，在文章中研究人員對最新的3D電子打印技術(shù)和用于制造3D打印電子器件的創(chuàng)新實(shí)用技術(shù)進(jìn)行了深入的概述，并討論了用于制造3D打印電子器件的先進(jìn)功能材料的最新進(jìn)展和未來的應(yīng)用趨勢。
3D電子打印技術(shù)
△3D電子打印技術(shù)的分類
3D電子打印技術(shù)的定義是“將功能油墨直接精確沉積到基板上”的打印技術(shù)。其中，擠出打印、噴墨打印、噴霧打印和電動(dòng)流體動(dòng)力(EHD)噴墨打印是電路3D打印研究領(lǐng)域中使用最廣泛的3D打印技術(shù)，這些技術(shù)都能夠用于將功能油墨直接沉積到基材上。根據(jù)ISO/ASTM2021：52900的分類可知，擠壓式打印可被歸類為材料擠出，而噴墨打印、噴霧打印和電液噴射打印可被歸類為材料噴射。
1.擠出式打印
△擠出式打印示意圖
基于擠出的打印技術(shù)原理簡單且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，其中功能材料的連續(xù)流動(dòng)通過噴嘴擠出實(shí)現(xiàn)。與其他打印技術(shù)相比，這種技術(shù)可使用的材料粘度范圍更大，并且堵塞問題更少。然而，這種方法速度慢得多，打印分辨率也較差。根據(jù)所使用的擠出機(jī)類型，可以將基于擠出的印刷進(jìn)一步細(xì)分為基于長絲的擠出、基于氣動(dòng)的擠出、基于柱塞的擠出和基于螺桿的擠出。氣動(dòng)擠出、柱塞擠出和螺桿擠出打印技術(shù)也統(tǒng)稱為直接墨水書寫(DIW)。
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