金属陶瓷复合3D打印技术颠覆了梯度材料的工业制造方式

近日，奥地利HAGE公司正式宣布HAGE 1750L开源3D打印机可以通过FDM技术打印金属陶瓷复合材料零部件。梯度复合材料成为材料领域绽开的一朵新葩，是因为随着当代高新技术的飞跃发展，引起材料科学领域内的不断变革，使得各种适应高新技术发展的新材料应运而生，而梯度材料正是适应了这种需要诞生，而HAGE 开源3D打印机突破传统工艺形成了一种全新的制造方式。

一般复合材料中分散相是均匀分布的，整体材料的性能是同一的，但是在有些情况下，希望同一件材料的两侧具有不同的性质或功能，又希望不同性能的两侧结合得完美，从而不至于在苛刻的使用条件下因性能不匹配而发生破坏。以航天飞机推进系统中最有代表性的超音速燃烧冲压式发动机为例，燃烧气体的温度通常要超过2000℃，对燃烧室壁会产生强烈的热冲击;燃烧室壁的另一侧又要经受作为燃料的液氢的冷却作用，通常温度为-200℃左右。这样，燃烧室壁接触燃烧气体的一侧要承受极高的温度，接触液氢的一侧又要承受极低的温度，一般材料显然满足不了这一要求。于是，科学家想到将金属和陶瓷联合起来使用，用陶瓷去应对高温，用金属来应对低温。但是，用传统的技术将金属和陶瓷结合起来时，由于二者的界面热力学特性匹配不好，在极大的热应力下还是会遭到破坏。例如，对上述的燃烧室壁，在陶瓷和金属之间通过连续地控制内部组成和微细结构的变化，使两种材料之间不出现界面，从而使整体材料具备了耐热应力强度和机械强度也较好的新功能。

HAGE 通过SDS(Shaping-Debinding-Sintering)工艺实现这种梯度材料的制备，这种工艺的基本流程和优势如下

1)3D打印原型(Shaping with F3 technology)

2)去除树脂(Debinding)

3)烧结(Sintering)

4)最终零件

首先，SDS工艺能轻松获得梯度材料。SDS工艺是3D打印与烧结结合的一种新工艺，能制成粉后期可烧结成型的材料，都可以通过SDS工艺实现，而陶瓷、金属完全符合这样的工艺特点。

其次，打印完成面质量高。零件最终是通过类似MIM的烧结方式获得的，其表面质量比传统的金属打印相比要好很多。

第三，性能各向同性。受传统3D打印原理的限制，Z方向性能弱于XY平面的性能。而采用SDS工艺制造出来零部件，性能各向同性。客户在使用和设计时也不必再考虑各向异性的问题，大大提高了3D打印金属零件的应用工况。

最后，SDS工艺能打印难熔金属。对于铜等特殊金属，此工艺都可以打印。

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