多材料3D打印的案例
陶瓷/金屬/聚合物多材料3D打印在一起：CeraFab Multi
南極熊導讀：多材料3D打印正在成為科技前沿的熱點，但絕大部分的多材料3D打印是同類型材料的復合，比如不同的金屬材料嫁接打印，不同高分子材料的混合打印。如果有一種技術能將陶瓷與金屬或聚合物3D打印在一起，會發揮出什么樣的價值呢？
增材制造技術如今在諸如醫療、電子和航空航天等領域正日益發揮出引領創新的作用，尤其是在現有應用方案無法更進一步而需要突破某些瓶頸的時候。其中，復合材料3D打印受到了格外廣泛的關注，因為它能夠為制造特定具有改進性能的功能部件提供額外的可能性。
Lithoz 作為陶瓷增材制造的全球市場引領者和技術先驅 ，一直在開發突破性的多材料3D打印技術。如今借助Lithoz全新推出的多材料3D打印機，增材制造不再局限于單項材料。CeraFab Multi 2M30充分利用了增材制造的全部潛力，可在單個組件中對陶瓷、金屬和聚合物等不同材料及其特性進行組合處理。
△CeraFab Multi 2M30 復合材料3D打印設備
通過將設計空間擴展到不同的材料，復合材料的一體打印成型將使得3D打印零件的顛覆性設計成為可能，通過多種材料的復合成型，組件中的一部分到另一部分即可實現材料成分與結構的改變，從而達到某種屬性或功能的對應變化。這樣具有不同成分和/或微觀結構的特殊類型高級復合材料，也被稱為功能梯度材料（FGM）和功能梯度結構（FGS）。無需進行后道的連接或組裝，即可實現高度復雜的形狀與不同材料相結合的結構，非常適用于替換傳統分體式設計的組裝部件。
△CeraFab Multi 可以實現的復合材料的潛在結構設計組合
CeraFab Multi 2M30的成型艙由兩個料盤系統組成。兩個獨立的料盤系統意味著陶瓷可以與其他陶瓷、聚合物或金屬結合。
展開 3DCERAM將攜陶瓷+多材料3D打印以及陶瓷3D打印流程解決方案亮相Formnext
展會將貫穿增材制造、材料、粉末冶金及后處理等一系列先進的材料、技術、設備以及產品，精準面向中國市場，輻射影響整個亞洲，為中國乃至亞洲的制造業帶來全新的商貿機遇，南極熊作為本次展會的戰略合作媒體，將全程對展會進行全方位的報道，并且開通了Formnext頻道：https://www.nanjixiong.com/forum-227-1.html 。
3Dceram展臺：9號館C66
作為陶瓷3D打印領域的技術領先者 ，3DCERAM將攜最新的陶瓷+多材料3D打印以及陶瓷3D打印（新材料研發-后處理）全流程解決方案重磅亮相，超多精彩看點等您來。
3DCERAM源自法國，作為陶瓷增材制造的領先者，經過20年的積累，將自身在材料領域的技術經驗與3D打印完美的結合在一起，形成了一套快速制備復雜結構陶瓷的獨特技術，并且由于光固化技術的廣泛通用性，打印材料的種類可從非金屬延申到部分金屬材質。
△SLA光固化+直寫式（Hybrid）多材料3D打印系統
基于3DCERAM設備高度開放的軟件系統和光固化打印技術廣泛的適用性，目前可打印的材質已不限于常規的氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷，山東大學等相關單位開始利用光固化技術制備鐵氧體材料、高熵合金、高溫合金等，當然也包括在參與的3D打印制備燃料電池項目計劃中的陶瓷/金屬復合光固化3D打印。
據南極熊了解，3DCERAM從2021起推出了“打印材料開放計劃”，旨在通過與相關材料研發單位合作，推動打印材料本土化，同時推進光固化陶瓷打印材料、光固化金屬打印材料、光固化復合打印材料的研發及在相關領域的應用.
展開 多材料3D打印技術取得重大突破
現在，來自新加坡科技設計大學和上海交通大學的研究團隊開發出了具有可調剛度的3D打印多材料驅動器，這可以避免因任務不同而不得不更換驅動器。
這款驅動器包括一層活化形狀記憶聚合物(SMP)，該材料可以根據溫度的變化而改變剛度。先前，嘗試用形狀記憶聚合物制造驅動器，其結果并不理想，響應緩慢，清晰度有限。但該跨國研究團隊使用直寫成型技術和多材料3D打印技術，將加熱元件和冷卻元件插入驅動器中，從而研發出首個快速響應、剛度可調的軟性驅動器。
此項目的共同負責人之一，新加坡科技設計大學科學和數學系的助理教授Qi (Kevin) Ge說道：“我們將商用噴墨多材料3D打印技術與直寫成型技術相結合，制造出全打印快速響應、剛度可調的驅動器，嵌入式形狀記憶聚合物層可以形成剛度可調性，而快速響應則由于嵌入式加熱元件和冷卻元件。”
形狀記憶聚合物層使得驅動器的硬度是基材的120多倍，還不失靈活性，并且，得益于溫度控制元素，在僅僅32秒內，驅動器可以經受整個冷熱循環(從25°C上升到70°C，然后回落至25°C)！葛教授說道：“變形驅動器在其僵硬狀態下甚至在釋放壓縮空氣之后，可以執行荷載任務。更重要的是，冷熱循環可以在大約半分鐘內完成。”
此外，該團隊還設計了計算機模型，用于指導后續驅動器的設計。新加坡科技設計大學博士后研究員、論文共同第一作者張元芳說道：“我們還建立了計算模型，以模擬首個驅動器的機械性能和熱電性能，一旦通過實驗驗證，這些模型將用于指導快速響應、剛度可調驅動器的設計，并幫助提升負載能力。
當然，沒有經過實踐檢驗，任何研究都是不完整的，所以研究團隊制作了帶有三個快速響應、剛度可調驅動器的機械手，并演示了它舉起和抓取各種物體，包括燈泡和啞鈴。
展開 源自哈佛大學的Voxel8 多材料3D打印技術，將進入鞋面規模定制化生產領域
而無需模具即可直接進行塑料鞋部件制造的3D打印/增材制造技術，逐漸在運動鞋制造領域受到重視。
2017年以來，陸續登陸市場的幾款帶有3D打印鞋中底的運動鞋，例如阿迪達斯Futurecraft 4D,Under Amour Under Armour Architech，匹克Future I，都是運動鞋制造商在批量定制化生產方面所進行的嘗試。
近日，美國一家專注于多材料3D打印技術的企業Voxel8 推出了一種新的鞋部件定制化制造3D打印技術ActiveMix?，這是一種面向運動鞋鞋面聚氨酯部件定制化生產的技術。
年產量高達50萬雙的規模定制生產技術
Voxel8 的創始人是哈佛大學Wyss研究所的Jennifer Lewis 教授，Voxel8 一直專注于多材料3D打印技術，在推出ActiveMix?技術之前，Voxel8 聚焦于電子3D打印領域。Voxel8的多材料3D打印技術有兩種3D打印功能，其中一種是基于FFF/FDM 材料擠出工藝的3D打印頭，另一種是可以打印導電銀墨水的3D打印噴嘴。Voxel8 3D打印機除了可以通過一次連續的打印任務創建一些簡單的電子部件之外，還可以通過很方便的停止/啟動功能，將一些外部部件在打印過程中嵌入對象，然后繼續打印。
ActiveMix?技術3D打印的運動鞋織物面料中的彩色聚氨酯部件
如今推出的鞋面聚氨酯部件3D打印技術，也是一種多材料3D打印技術。根據3D科學谷的了解，ActiveMix?技術中集成了材料擠出和材料噴射兩種3D打印工藝。
那么，這兩種不同的打印工藝將如何進行配合呢？3D科學谷了解到，基于材料擠出工藝的3D打印頭負責沉積聚氨酯材料，而噴墨打印頭則負責在聚氨酯打印層之間印刷獨特的全彩色圖案。
展開 
每日一品：國產多材料高精度陶瓷3D打印機，迅實科技已開始交付
今天，南極熊在全球3D打印產品庫product.nanjixiong.com里驚喜地發現一個很有意思的產品：來自浙江迅實科技的多材料高精度陶瓷3D打印機。
多材料高精度陶瓷3D打印機是一款專業用于科學研究的打印設備，由浙江迅實科技研發生產完成。該設備是國內首臺可打印多材料，集高精度3D打印機于一體的陶瓷3D打印設備。
陶瓷3D打印機的應用優勢
和傳統工藝相比，陶瓷3D打印技術具有精度高、自由設計、無需模具、可控制造復雜結構等顯著優勢。目前已經開發的陶瓷成型方法有SLA、DLP、激光燒結、熔融沉積等，就表面質量和成型效果來說光固化技術體現出更好的打印效果。迅實根據市場需求，早年已經研發出桌面級和工業級的的DLP陶瓷3D打印機。
隨著陶瓷3D打印技術的逐漸成熟，越來越多的領域正在使用該技術解決傳統工藝無法解決的痛點問題。在應用過程中，我們也認識到受材料和精度限制，某些前沿產業應用存在一定局限性。因此針對科研機構的需求，我們研發生產出集多材料和高精度為一體的陶瓷3D打印機。
多材料3D打印技術，顯著提升陶瓷模型性能
如下圖展示，設備配有多個打印槽，用于放置不同的打印材料。設備通過打印平臺的機械移動進行材料的固化疊加，最終打印完成多材料模型。
多材料陶瓷3D打印一方面降低了陶瓷打印對材料的要求門檻，另一方面有效減少了單材料模型的性能短板，提高打印產品的熱穩定性、強度、韌性等。
此外，該臺設備還表現出了其他優異性能：
1.僅需50g打印材料即可啟動打印，節省材料，降低成本。
展開 突破性3D打印光固化空間控制技術，多波長實現多材料混合制造
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ature Communications期刊上又發布了一篇意義重大的3D打印技術《Multimaterial actinic spatial control 3D and 4D printing》：
多波長光源，同時3D打印多種光敏樹脂材料。
如今，光固化3D打印技術已經被廣泛采用在齒科、首飾、手辦、汽車、消費電子、衣服、鞋子等領域。然而如上圖一樣的常規光固化3D打印機，一次仍然只能打印一種材料。如果憑借光固化3D打印技術的高精度，加上多材料的話，就能實現多性能的打印效果，將大大拓寬應用范圍。
△FDM技術類型的3D打印機可以通過增加噴頭數量/增加進料通道等辦法來實現多色或者多種材料同時打印。
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金屬3D打印機通過材料混構3D打印（MMSLM）技術，也可以實現不同粉末的混構打印，適用于加工對不同部位有不同要求的金屬器件（能夠提高器件性能，并增加使用壽命）。圖片來源：德迪智能
而在光固化領域，多材料或者說混合材料的3D打印，一直沒有突破。2019年3月15日，一篇發表在《Nature Communications》上的論文，給出了新穎的解決辦法。
威斯康星大學麥迪遜分校的科學家開發出一種新型3D打印機，它擁有可見光和紫外光兩種模式，可以同時打印多種光敏樹脂材料。
技術原理
①該方法利用多材料光固化空間控制（MASC）技術，在增材制造過程中根據不同的材料化學成分選擇不同的光源波長。多組分光敏素包括具有相應的自由基和陽離子引發劑的丙烯酸酯和環氧化物基單體。
②在長波長（可見光）照射下，觀察到丙烯酸酯組分的優先固化。在短波長（UV）照射下，摻入丙烯酸酯和環氧化物組分的組合優先固化。
展開 美國西北大學多材料3D打印仿生螺旋結構
美國西北大學的Zaheri等利用Stratasys開發的多材料3D打印機Connex350對螺旋結構進行了仿生打印，借此研究螺旋結構對結構損傷容限性能。
Zaheri等將研究成果發表分析了甲蟲在不同生命階段的鞘翅中纖維的排布特點，研究發現甲蟲會因為不同生命階段的生物需求，而讓鞘翅中的纖維有不同的排布，如圖1所示，在幼蟲階段，纖維是完全螺旋排布；而在成熟階段，纖維呈現不完全的螺旋排布。原因在于，幼蟲階段，甲蟲最大的需求是保護自身安全，因此高剛度纖維排布；而在甲蟲成熟階段，甲蟲需要哺食獵物，因此鞘翅要平衡飛行性能，所以采用不完全的螺旋排布設計。
圖1 甲蟲在不同生長階段的結構形態：幼蟲（TypeⅠ）和成熟期（TypeⅡ）
文章中對不同螺旋角度對結構綜合性能的影響進行了分析，實驗及分析表明較低的單層螺旋角可產生改善的各向同性和增強的韌性，螺旋結構具有較高的靈活性。
生物中有很多優異的結構可以為人類提供嶄新的思路，為工程中的問題提供解決方案，為新材料結構的設計提供嶄新的設計思路。類似這樣的螺旋結構，3D打印為其研究提供了有效技術支撐，為仿生材料的應用提供了實現途徑，在不久的未來，隨著3D打印科技的發展，仿生方面的研究將進入全新的領域。
來源：機械制造系統工程國家重點實驗室
展開 研究人員3D打印多晶格結構，強度提高7倍
倫敦帝國理工學院的博士詳細闡述了將該工藝與多材料3D打印機相結合的潛力:“這種元晶方法可以與多材料3D打印的最新進展相結合，開辟了一個新的前沿研究開發新型先進材料，這種材料重量輕，機械強度高，有望推進未來的低碳技術。“
來源：3ders
2018五大創新3D打印公司：復合材料、多材料SLS、拓撲優化、PEEK、納米級
此外，還將為進一步完善Fortify的INFORM打印分析軟件而開展研發工作，并在采用MultiMech進行微結構分析的基礎上，利用他們的Fluxprint工藝而生成更加復雜的微結構。利用Fortify的打印分析軟件和Fluxprint打印能力，MultiMech將作為一個工具，為實現擁有最佳纖維取向的復合材料部件的閉環迭代設計而提供必要的反饋。隨著業務的擴展，MultiMechanics和Fortify還計劃在Fortify打印機中集成MultiMech API，以使MultiMechanics的仿真能力惠及Fortify的用戶。
②Aerosint多材料SLS 3D打印
Aerosint總部位于比利時，是一家擁有選擇性激光燒結（SLS）技術的初創公司，該技術可同時對多種粉末進行3D打印。 該公司的雙粉末分配器是一種附加產品，可定制并安裝在現成的聚合物粉末3D打印機中。
Aerosint首席技術官Matthias Hick說：“我們相信多材料是3D打印的下一個發展。 多材料將實現零件優化和功能化，就像其他制造技術無法做到的那樣。 用我們的粉末沉積涂覆機取代SLS / SLM打印機中的傳統涂覆機，可以將多種材料的功能帶到30多年來一直存在的強大且經過驗證的技術中。“
它使用一種新的多粉末分配技術，由多個圖案鼓（每個粉末類型一個）組成的分配器，可以逐行選擇性地沉積細粉末體素。這個過程產生一個由多于一種基礎材料組成的燒結就緒粉末層，并且可以以高達200mm / s的速度進行圖案化，與現在的SLS涂布機的行進速度相當。
△鋪粉器有兩種材料，灰色為支撐材料，藍色為模型材料
△激光燒結模型材料，支持材料耐高溫可以多次回收重復利用，降低粉末消耗成本。
展開 多材料3D打印技術：Desktop Metal收購Aerosint
南極熊早前分析過，Desktop Metal這家公司自2021年初SPAC上市之后成功解鎖“購買欲”，曾先后收購了EnvisionTEC、Adaptive3D和Forust等公司。這不，最近又“剁手”了！
南極熊獲悉，美國Desktop Metal（DM）于2021年7月12日宣布，已收購比利時數字工藝多材料粉末沉積系統制造商Aerosint，繼續為增材制造2.0擴大產品組合。目前，收購價格尚未公開。Desktop Metal創始人兼首席執行官Ric Fulop表示：“這項交易推進了差異化打印技術戰略，這些技術能夠大規模擴展AM 2.0應用集。”
△多金屬熱交換器采用Aerosint選擇性粉末沉積技術，不銹鋼外表面與冷卻回路中其他組件匹配，銅合金內表面可提高耐腐蝕性。（照片：美國商業資訊）
他稱，多材料打印是3D打印的下一個前沿領域。今天人們打印零件，但在未來，人們將希望打印完整產品，這些產品可能由多種材料組成。Aerosint的核心技術和相關粉末加工系統的工業化將為3D打印提供許多好處，并期待與Aerosint的新同事合作，使這項獨特的技術成熟，最終集成到未來推出的產品中。
△多材料打印
為什么選中Aerosint？
Aerosint成立于2016年，總部位于比利時，提供專有數字工藝的粉末沉積系統，能夠選擇性地沉積兩種或多種粉末，形成包含多種材料的單個薄粉末層。公司的選擇性粉末沉積技術可在打印過程中對材料放置進行全三維控制，并可集成到任何粉末床增材制造工藝中，例如激光粉末床熔融、粘合劑噴射、高速燒結或選擇性激光燒結。這種新的多材料粉末沉積方法旨在支持各種聚合物、金屬和陶瓷的高速打印。
展開 PEEK材料3D打印隱形冠軍遠鑄智能，引領高性能多材料工業FDM生產級應用潮流
2021亞洲3D打印、增材制造展覽會 (TCT Asia)于2021年5月26日-28日在國家會展中心（上海）7.1館隆重舉辦。作為官方戰略合作媒體，南極熊將會全程現場報道（地址https://www.nanjixiong.com/forum-229-1.html，或者直接下載安裝【南極熊3D打印】手機APP）,直播本次展會上的250多家3D打印展商，為未能到現場的觀眾開啟一雙南極熊之眼，領略行業風采。
南極熊發現，致力于工業FFF/FDM 3D打印技術、全球領先的高性能材料3D打印設備供應商上海遠鑄智能技術有限公司（INTAMSYS）展出了多款高性能多材料產品。
高性能材料生產級3D打印設備FUNMAT PRO 610 HT
FUNMAT PRO 610 HT作為INTAMSYS的熔融沉積成型（FFF）打印技術的創新之作重磅亮相TCT，具備先進的高溫系統管理設計，全金屬雙噴頭溫度最高可達500℃，恒溫腔室溫度可達300℃,能夠滿足工業級高性能材料打印的需求，大尺寸打印平臺可實現小批量生產,最大打印尺寸可達610×508×508mm，可打印大尺寸的PEEK/PEKK/ULTEM?(PEI)/PPSU等高性能材料，具有很好的穩定性和可靠性,能夠用于連續生產，開放材料系統可以幫助用戶節省更多打印材料成本。
智能多材料工業級3D打印設備FUNMAT PRO 410
FUNMAT PRO 410具有智能雙噴頭，可同時打印兩種材料，并且可打印水溶性支撐材料，極大地簡化了打印復雜鏤空結構的后處理過程。
展開 
視覺閉環控制多材料噴墨3D打印技術，Inkbit劍指規模化量產聚合物零部件
2022年11月15日，2022德國Formnext 3D打印展會于在德國法蘭克福展覽中心開幕，共有730逾家企業確認參與本屆展會，在展會同期主題活動，將圍繞增材制造在建筑、航空航天、陶瓷應用和投資界等多樣化領域中的新理念與新趨勢展開討論，南極熊作為3D打印行業專業媒體，將對本次展會做詳細的報道，可以關注（Formnext 2022專欄：https://www.nanjixiong.com/forum-227-1.html）。
△Inkbit展臺
在本次的Formnext 2022展會現場，麻省理工學院 CSAIL 孵化的3D打印創業公司 Inkbit展示了其多材料噴墨 3D 打印機Inkbit Vista。這款設備基于MIT專有的視覺控制噴射技術運行，是一臺提供打印過程閉環反饋控制的 3D 打印機。使用專有的 3D 掃描系統在沉積后生成每一層的圖像。來自每一層的掃描數據與源零件幾何形狀結合使用以生成下一層。動態、實時的圖層生成確保每次都能快速準確地構建零件。
△打印過程，平臺移動
3D 掃描的數據還用于訓練機器學習算法，使 3D 打印機能夠學習每種材料的特性并做出預測。這確保了每次都能快速，準確地制造零件。每層掃描還能夠為打印的每個零件生成完整的 3D 重建，從而為每個打印提供完整的數字記錄，從而確保對每個零件進行100％的質量控制。
Vista專為車間而打造，面向尋求快速原型制作和最終用途生產的制造商，并適合在多材料機器人，牙科，汽車甚至產品包裝中使用。
展開 準確預測應力和裂縫傳播，復合材料仿真軟件助力3D打印釋放工業再設計潛力
將不同的材料進行的混合打印，理論上未來3D打印將可以任意地制造新的材料，而這只需你對材料的特性進行更好地定義，這將對產品的工業再設計領域是一個巨大的突破。
當前關于復合材料的建模方面，麻省理工學院計算機科學和人工智能實驗室（CSAIL）于2016年就開發了名為Foundry的面向多材料設計的軟件，使得多材料3D打印更容易、更精確的。
而關于如何精確的預測復合纖維的結合度，預測纖維與樹脂的結合程度，微觀呈現復雜的微結構，以及預測復合材料的缺陷，這些都需要專門的復合材料仿真軟件。
圖片來源：3ders.org
MultiMechanics總部位于內布拉斯加州奧馬哈市，是仿真軟件開發商，旨在幫助企業減少物理原型設計和測試。 MultiMech采用基于物理場的方法，命名為TRUE Multiscale技術，這是一種完全耦合的雙向多尺度有限元求解器，能夠同時準確預測和可視化多個尺度的應力和裂縫傳播。 MultiMech最初是MultiMechanics開發的一個獨立的工具，現在可以嵌入到眾多計算機輔助工程（CAE）軟件平臺中，軟件合作伙伴包括Anysys, 達索，歐特克，Altair等等，因此工程師可以在其首選工作流程中執行并行多尺度分析。
根據中關村在線的報道，最近MultiMechanics與專注于復合材料系統的波士頓增材制造公司Fortify宣布建立戰略合作伙伴關系，以提高復合3D打印的可預測性。
作為合作伙伴關系的一部分，Fortify將使用MultiMechanics的旗艦產品MultiMech在打印之前預測打印部件的結構完整性，并通過控制整個結構中的纖維取向來幫助優化設計，由此生產的3D打印復合材料部件充分利用了復合材料的強度和重量優勢，達到了之前無法達到的分辨率和復雜程度。
展開 科學家利用3D打印技術，成功打印出多材料微結構！
可以想象，這些微流體系統將廣泛用于制造由多種材料組成的復雜3D微米和納米結構，應用于不同領域，如用于細胞的3D支架文化，3D超材料，3D微光學系統。像Nanoscribe這樣的公司很可能會發布一種新的DLW模型，該模型包含微流體系統，或者至少是一種標準化過程的升級。 納米3D打印正在快速發展，通過在這樣的系統中使用導電和可調諧超材料，3D打印的納米機器人將是真正成為可能。
來源：3D造
切片軟件Simplify3D推出V4.1版本，改進多材料3D打印控制
2018年11月，南極熊從外媒獲悉，位于俄亥俄州的3D打印切片軟件提供商Simplify3D推出了Simplify3D 4.1版，其中包含用于提高打印質量的智能刀具路徑，以及用于控制打印過程的定制選項。
據Simplify3D首席執行官Clayton Webster稱：“4.1版本將為專業用戶提供解決更復雜項目所需的控制，同時還提供更多智能，以簡化準備過程并確保高質量的結果。”
△使用Simplify3D 4.1的多材料渦輪機殼體
Simplify3D軟件
Simplify3D版本4.1在版本4.0推出后超過一年，推出了可變打印設置，動態特征尺寸和改進模型基礎等新功能。 該軟件的其他重要補充包括將3D打印材料與故障排除和優化進行比較的選項。 “超過5年，我們擴展了我們軟件的功能，以充分利用增材制造技術的最新進展，”韋伯斯特補充道，“4.1版本是軟件的一大進步，幾乎在每個方面都有所改進。 ”
“這些工具將繼續向專業用戶提供他們需要推動增材制造邊界的選擇。”
Simplify3D 4.1
Simplify3D 4.1現在最多可同時支持6種打印材料，并可在材料更改之間自動處理。通過這種支持，改進了層間啟動，即“Prime Pillar”和“Ozeze Shield”，它們已被添加以改進層和多種材料的定義。正如Simplify3D所說的那樣，使用V 4.1“每個工具都會在需要的時候準備就緒，從而使打印更清晰，色彩清晰度更高。”
為了在單個構建板上3D打印多個對象，已經進行了順序打印增強。自動碰撞避免識別潛在的部件碰撞以防止它們。并且增加了順序筏板結構以提高附著力并減少故障。
另一個更新允許軟件處理更大和更復雜的構建，包括改進的打印時間估計。后處理腳本引擎還有助于在導出之前對構建文件進行快速修改。
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