靜態(tài)混合器是一種結(jié)構(gòu)簡單而緊湊的節(jié)能設備，應用在化工等行業(yè)。它的作用類似于一個液體攪拌機，但是攪拌機是依靠旋轉(zhuǎn)的運動部件實現(xiàn)液體混合的，而靜態(tài)混合器則是在靜止狀態(tài)下的完成液體混合工作的。怎樣在靜止的情況下完成攪拌這種體力活兒呢？ 原來是靜態(tài)混合器內(nèi)部巧妙的結(jié)構(gòu)起到了關鍵作用。

     但是，這種巧妙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復雜，增加了制造的難度。而陶瓷3D打印技術可以實現(xiàn)普通工藝難以實現(xiàn)的復雜結(jié)構(gòu)，用于制備此類復雜的零部件。本期，與網(wǎng)友們分享一個陶瓷3D打印技術制備靜態(tài)混合器內(nèi)部混合單元的案例。

實現(xiàn)復雜的內(nèi)部通道設計

靜態(tài)混合器通常由三部分組成：外殼管、管內(nèi)部混合單元和兩端法蘭（或其他連接方式）。靜態(tài)混合器的混合過程是由一系列安裝在空心管道中的不同規(guī)格的混合單元進行的。由于混合單元的作用，使流體時而左旋，時而右轉(zhuǎn)旋，不斷改變流動混合機方向，不僅將中心流體推向周邊，而且將周邊流體推向中心，從而造成良好的徑向混合效果。與此同時，流體自身的旋轉(zhuǎn)作用在相鄰組件連接處的接口上亦會發(fā)生，這種完善的徑向環(huán)流混合作用，使物料獲得混合均勻的目的。

傳統(tǒng)靜態(tài)混合器，圖片來源：360百科

由此可見，靜態(tài)混合器管內(nèi)部的混合單元是實現(xiàn)混合器功能的關鍵部分。陶瓷材料因具有耐高溫和耐化學腐蝕的綜合性能，是適合制備混合器混合單元內(nèi)部通道的材料。目前制造中存在的主要困難是，使用高性能陶瓷材料制備內(nèi)部混合單元這種幾何形狀高難度復雜的產(chǎn)品。

Lithoz公司使用CeraFab7500陶瓷打印機的光固化（LCM）技術和氧化鋁陶瓷漿料，制備出了高效的陶瓷管內(nèi)部混合單元。

3D打印的靜態(tài)混合器中的管內(nèi)部混合單元，表面粗糙度達到0.4μm左右
圖片來源：Lithoz

Lithoz公司的工程師根據(jù)工業(yè)的要求重新設計了內(nèi)部混合單元。工程師準備了多種設計方案，從中選擇出可以最優(yōu)化的方案，以實現(xiàn)盡可能少的流體分散路徑。每種設計都是基于各種材料在蜂窩狀結(jié)構(gòu)中可以流過鄰近通道，但又相互分散的原理。通過在總管道中，引入流動導向管道之間的鏤空結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)這些設計目標。

此外，混合單元中的流體通道直徑也可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整。對于靜態(tài)混合器來說，通道直徑的變化也會實現(xiàn)速度的變化，從而導致相對壓力的變化。管道橫截面積的減少會使速度增加，壓力較小。較小管道與具有最大直徑的相鄰管道結(jié)合起來，由于通道之間壓力差的存在，材料會發(fā)生混合。這可以將擴散通道和混合成份占用的體積實現(xiàn)最小化。可以實現(xiàn)節(jié)能節(jié)省成本，還可以實現(xiàn)微型系統(tǒng)下的管道設計。

其他復雜3D打印陶瓷零部件
圖片來源：Lithoz

LCM 3D打印技術實現(xiàn)的高性能陶瓷復雜制品的制備工藝，普通工藝技術是難以實現(xiàn)的。與該技術配套的陶瓷材料可以根據(jù)生產(chǎn)需求進行開發(fā)，目前該技術已實現(xiàn)氧化鋯、氮化硅、磷酸鈣等陶瓷材料的3D打印，除了3D打印靜態(tài)混合器的內(nèi)部混合單元，還可應用于打印萃取分離柱、陶瓷型芯、心臟起搏器、手鏈等產(chǎn)品。

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