實現(xiàn)各向異性強度！Hilgenberg推出等離子陶瓷噴嘴有望改變FFF 3D打印
時間：2023-08-07 13:47 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2023年8月6日，希爾根伯格陶瓷公司（Hilgenberg Ceramics）旗下的 Alex
Hilgenberg
與一家德國研究所合作，開發(fā)出了一種新型陶瓷噴嘴，可以對每個打印層進行等離子活化處理。該工藝具有增強粘合性能、表面滅菌和添加導電層等優(yōu)勢。研究人員的設計思路源于塑料表面的等離子活化技術，這是一項成熟的技術，該團隊在本研究中將其應用于 FDM 3D 打印。所開發(fā)的陶瓷噴嘴由高純度氧化鋁 (Al2O3) 制成，本身是 3D 打印的，可確保長期介電性能并克服典型噴嘴的局限性。
△陶瓷等離子3D打印噴嘴。來源：Hilgenberg Ceramics
研究人員研發(fā)這款等離子噴嘴的目的是克服打印過程中的層粘附問題：在 FFF 3D 打印中，新層沉積在已經(jīng)稍微冷卻的前一層上。這種冷卻會阻礙各層之間的分子充分結合，從而使其成為FFF每層的弱點。這導致打印件的強度不可避免地具有各向同性。
Essentium的電磁3D打印工藝
過去曾有人嘗試克服這個問題，其中最引人注目的可能是Essentium
開發(fā)的電磁3D打印工藝，他們稱之為“FlashFuse
Filament”。這個想法是讓電流通過絲材到達打印表面，在他們稱之為“熱焊接”的過程中沉積更多層時保持材料的高溫。具體的工作原理如下：
- 絲材具有獨特的涂層，其中含有碳納米管和其他導電特殊材料；
- 長絲以典型方式 3D 打印，通過熱端加熱并通過噴嘴擠出；
- 特殊涂層在擠出過程中通過塑料混合；
- 將電流施加到噴嘴；
- 噴嘴之間通過擠壓塑料和金屬印刷表面形成電路；
- 特殊材料中的電阻會產生熱量；
-
擠出的塑料在整個打印過程中保持在理想的溫度；
△Essentium電磁3D打印工藝概述
這個過程有許多重要的好處。首先，由于所有擠出的塑料都處于一定溫度，因此層之間的結合要牢固得多，因為塑料可以比典型的“冷熱”層打印混合更多。其次，打印件不會變形，因為塑料在整個打印過程中都保持在高溫下。碳納米管的另一個好處是顯著增加了材料的強度，并且與改進的層粘合相結合，可以產生非常堅固的印刷品。Essentium
聲稱某些零件的強度超過了注塑零件。這些印刷品很少會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。
Essentium 的方法令人印象深刻，因為它完全不需要加熱室：您可以直接加熱塑料，而不是一個巨大的、幾乎是空的室。事實上，加熱塑料所需的能量遠遠少于加熱成型室所需的能量。而且也沒有熱身時間。然而遺憾的是，這種方法似乎并沒有流行起來。
△Essentium EM1，用于開發(fā)電磁 3D 打印工藝
Hilgenberg Ceramics的新型陶瓷等離子噴嘴
在本研究中，Hilgenberg開發(fā)的新型陶瓷等離子體活化方法似乎更實用并且可能更容易實施。研究人員意識到等離子體的應用可以增加層的粘附力。顯然，這種方法已在其他工業(yè)應用（例如包裝、塑料）中普遍使用了數(shù)十年。然而，此前從未將其應用于3D打印。
△陶瓷等離子3D打印噴嘴結構。來源：Hilgenberg Ceramics
它是如何工作的？其實很簡單。，通過在工具頭上添加一個專門設計的噴嘴。該噴嘴能夠產生小的等離子流。當一層完成后，工具頭掃過前一層，用等離子體對其進行處理。這會“激活”沉積層中的分子，使其更具粘合性。這使得各層的粘合更加恰當，從而可以生產各向異性部件。
然而，噴嘴相當復雜。它由陶瓷制成，涂有銅，帶有內部電極。通過的空氣變成等離子射流，從噴嘴流出到沉積的聚合物上。研究人員必須將噴嘴做得非常小，才能適合典型的
FFF 3D 打印機。噴嘴的尺寸僅為40 x 20 x 20毫米，相當微小。諷刺的是，事實證明，如此復雜的設計必須通過 3D 打印出來。
噴嘴也主要由陶瓷 Al2O3 制成。這是因為塑料噴嘴容易積聚石墨沉積物，并失去其介電性能。然而，陶瓷噴嘴能夠毫無問題地運行更長時間。研究小組發(fā)現(xiàn)，除了粘附之外，等離子噴嘴還可以蝕刻表面、對物體進行消毒、清潔表面層等。
據(jù)悉，這種噴嘴設計將有望獲得專利，并最終實現(xiàn)商業(yè)化。此外，這種方法的成本足夠低，未來有可能被整合到桌面 FFF 3D 打印機中，使其功能更加強大。
(責任編輯：admin)
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