弗勞恩霍夫陶瓷技術(shù)與系統(tǒng)研究所（IKTS）的團隊開發(fā)了一種多材料噴射（MMJ）系統(tǒng)，可將多種材料組合成一個增材制造零件。基于熱塑性粘合劑系統(tǒng)，新系統(tǒng)利用高性能材料（例如陶瓷和金屬），將不同的材料及其各種特性組合到一個產(chǎn)品中。

Fraunhofer IKTS的研究員Uwe Scheithauer說：“目前，我們一次可以處理多達四種不同的材料。”該技術(shù)可以使公司生產(chǎn)具有個性化特性的高度集成的多功能組件。

弗勞恩霍夫IKTS 具有組合特性或功能的高性能組件的多材料噴射系統(tǒng)。圖片來自Fraunhofer IKTS。

增材制造陶瓷

增材制造的早期階段以聚合物為主導(dǎo)，但是此后擴展到包括金屬和陶瓷基材料。一家領(lǐng)先的公司是粘合劑噴射3D打印機制造商ExOne，該公司的3D打印機能夠打印金屬，陶瓷和復(fù)合材料，并且新材料不斷獲得認證。

最近，ExOne在其Iconel 718鎳基高溫合金中被授予“第三方資格”，該合金通常用于高應(yīng)力航空，能源和汽車應(yīng)用中，類似于Fraunhofer研究人員認為其MMJ系統(tǒng)將適合的應(yīng)用。 Iconel的特點是強度高，硬度高，耐腐蝕和耐化學(xué)腐蝕，并具有出色的焊接性能，并且能夠承受從零下到700°C的極端溫度。

在其他領(lǐng)域，最近3D打印專家Lithoz專有的基于光刻的陶瓷制造（LCM）技術(shù)首次用于康寧玻璃陶瓷材料的3D打印，而陶瓷專家3DCERAM-SINTO則改進了其陶瓷3D打印技術(shù)，以開發(fā)下一個醫(yī)用X射線成像系統(tǒng)的一代。

3D打印的Inconel 718零件。通過ExOne拍攝。

Fraunhofer IKTS的新系統(tǒng)

弗勞恩霍夫（Fraunhofer）的MMJ系統(tǒng)以連續(xù)過程制造零件。制成零件的陶瓷或金屬粉末均勻地分布在熱塑性粘合劑物質(zhì)中。然后將由此產(chǎn)生的漿液裝入微定量系統(tǒng)（MDS），以開始制造過程。漿料在MDS中在大約100攝氏度的溫度下熔化，產(chǎn)生一種可以微小液滴釋放的物質(zhì)。

研究人員開發(fā)的相應(yīng)軟件程序可確保液滴的精確定位，這些液滴將通過高精度的計算機控制過程逐一沉積。逐漸地，零件以高達60mm的速度堆積，每秒下降1000次。該系統(tǒng)的液滴尺寸在300至1000μm之間，可形成高度在100至200μm之間的沉積層。當(dāng)前可以制造的零件的最大尺寸為20×20×18厘米。

Scheithauer解釋說：“關(guān)鍵因素是金屬或陶瓷漿料的定制加料。正確確定劑量是確保增材制造的最終產(chǎn)品在隨后的熔爐燒結(jié)過程中具有所需性能和功能的關(guān)鍵，包括強度，導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率等性能?！?/span>

弗勞恩霍夫IKTS   每秒高達1000滴的高精度材料沉積。圖片來自Fraunhofer IKTS。

潛在的應(yīng)用

Fraunhofer研究人員應(yīng)用IKTS系統(tǒng)的一個例子是制造高度復(fù)雜的零件，例如由陶瓷制成的衛(wèi)星推進發(fā)動機的點火系統(tǒng)。陶瓷的耐熱能力使其成為達到極高溫度的衛(wèi)星燃燒室的合適材料選擇。

點火系統(tǒng)將單個區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)電區(qū)域和絕緣區(qū)域結(jié)合在一起，并需要三個計量系統(tǒng)：一個用于在爐內(nèi)熱處理過程中分解的支撐材料，另一個用于導(dǎo)電組件，第三個用于電絕緣組件。據(jù)研究人員稱，MMJ在消費產(chǎn)品市場上也可能有多種應(yīng)用，并且由于其高精度和靈活性，它不僅適用于制造多功能組件，還適用于更多領(lǐng)域。Scheithauer說：“例如，我們也可以用它來制造硬質(zhì)合金零件的毛坯。由于配料系統(tǒng)具有極高的精度，因此毛坯的輪廓已經(jīng)非常接近最終產(chǎn)品的輪廓。因此，與常規(guī)方法相比，它們將需要很少的后續(xù)研磨。當(dāng)您使用硬質(zhì)合金時，這是一個很大的優(yōu)勢?！?/span>

弗勞恩霍夫IKTS MMJ微量計量系統(tǒng)的示意圖。圖片來自Fraunhofer IKTS。

既然Fraunhofer IKTS的項目已經(jīng)證明了該技術(shù)在實踐中是可行的并且具有可擴展性，那么下一步就是驗證該技術(shù)是否可用于商業(yè)用途。 Fraunhofer IKTS表示，除了提供硬件之外，它還可以幫助行業(yè)客戶開發(fā)過程監(jiān)控和自動化所需的材料和軟件，這意味著他們可以從單一來源獲得所需的一切。

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