中國粉體網訊 3D打印公司Aerosint的工程師日前發表了一篇文章，概述了該公司對多材料3D打印未來的看法。正如我們之前報道，比利時SLS專家已經嘗試開發多種材料的3D打印機，而且這項技術的進一步發展可能會對制造業產生轉型效應。多材料3D打印對于增材制造技術的未來以及開發這種技術的公司來說非常重要，因為大多數產品往往是由多種材料制成的。在同一系統同時3D打印不同材料變得更加容易之前，該技術的大規模生產應用仍將局限于過時元件的反向工程替換等。
目前在可擴展性和經濟性方面難以實現多材料3D打印。3D打印多種材料的最常用方法之一就是復合材料。復合材料實際上是兩種不同的材料，以各種方式結合在一起。例如，這使它們具有兩種材料的特性的組合，例如高耐熱性和機械強度。金屬合金或纖維增強聚合物是這種復合材料的很好例子。
功能梯度材料（FGM）可以說是Aerosint文章中稱為復合材料世界的“圣杯”的最佳類型的復合材料。代替通常情況下的增強材料分布在整個基礎材料中，FGM由兩種或兩種以上材料組成，每種材料之間有漸變界面，從一個平滑過渡到另一個。與兩種材料之間的明顯界限處的濃度相比，這提供了更好的機械、熱和化學應力分布，這將導致弱點。
FGM在非常高的熱應力、機械應力和/或化學應力的極端環境中非常有用，其中單一材料部件將不可避免地失效。在FGM中，每種材料的機械，熱學或化學優勢有效地抵消了另一種材料的缺點。
大多數3D打印技術都能夠以這種或那種方式創建FGM。FDM3D打印技術可以將多種聚合物熔合在一起，形成多層擠出系統。為了展示這種方法的可能性，米其林最近將不同的聚合物結合起來生產出先進概念輪胎，該輪胎在其整個結構中具有非常不同的彈性。然而，這種方法在規模和速度方面仍然有限。大規模生產的需求意味著FDM仍然局限于生產原型。
更先進的3D打印技術-直接金屬沉積（DMD）可以生產具有接近連續梯度的金屬-金屬和金屬-陶瓷FGM復合材料。這種方法的缺點是費用昂貴且費時。技術本身花費很多，購買和維護，每個部分必須一次一個。材料浪費是另一個嚴重問題，防止DMD得到更多實施，浪費率約為70％。
在未來，FGM零件的有效、可擴展、可負擔得起的生產可能最有可能是SLS或SLM3D打印技術。這些粉末床技術快速，相對便宜，并且能夠生產各種尺寸的批次。然而，他們一直大規模制造FGM復合材料的方法尚未得到證實。使用粉末床融合技術創建FGM復合材料的關鍵是與雙材料共燒結相結合的多粉末沉積系統，可在打印過程中提供體素級控制。Aerosint公司正在沿著這些路線開發一些產品，并且迄今為止已經實現了雙粉末沉積。理論上，材料的數量是無限的，只要流動性和粒度分布與SLS工藝兼容，粉末可以是聚合物、金屬或陶瓷。
如果要實現3D打印中多材料復合材料的集成，這可能意味著增材制造的可能性的巨大擴展。每一個制造業都將從新一代價格合理的零部件中受益，這些零部件具有復雜的幾何形狀和先進的材料屬性，能夠按需快速生產。
