华科魏青松：高效率喷印3D打印最新进展与挑战

导读：华中科技大学快速制造中心与武汉易制合作的鞋模金属模具喷印整体成型，可以完成结构复杂、具有薄壁结构和个性化的鞋模开发，综合成本为4000元每件，生产周期约为2天。

2019年8月25日，武汉易制科技隆重发布了粘合剂微滴喷射金属3D打印机、宣布彩色3DP 3D打印技术开源。南极熊3D打印网作为战略合作媒体见证了这个对于国内甚至国际来说，都具有重要意义的发布会。在会上，华中科技大学材料科学与工程学院魏青松发表了《高效喷印3D打印技术最新进展与挑战》的报告。

△“微滴喷射金属3D打印机 ”3DP技术基本原理：铺一层粉末材料→打印头喷出液态的黏合剂把粉末按照指定位置黏合→再铺一层粉末材料→再黏合，如此层层堆叠黏合，直到打印出指定的零件毛坯；传统3D打印技术是从点→线→面→体，而3DP技术是直接从线→面→体的成形过程。以前使用石膏粉末材料，现在进化成使用尼龙、金属等粉末材料，即可制造出具有一定性能的零件。对于金属打印来说，打印出毛坯之后，还需要加热烘干脱黏合剂、以及高温烧结。

△目前砂型喷印打印机已经获得了较大范围的应用，例如voxeljet，在铸造方面成本可以降低38%。

△高性能塑料喷印3D打印技术已经初步成熟，惠普采用的Multi Jet Fusion打印技术，比现有的3D打印快10倍，打印机价格更低，打印产品的强度也比现有的打印机要高。

△喷印3D打印聚合物应用广泛，包括医疗、汽车、铸造、模具等行业，相比起来速度更快、成本更低、应力更小。

△金属3D打印机（高能束）是当前增材制造工业应用领域的最热门技术，包括SLM、LENS、ESM等高能束。

但是还有很大的缺陷：

加工慢

成本高

一套粉末激光增材装备的进口价格需要400——1000万元，国产价格也需要200——300万元。

△随着喷印3D打印技术的不断完善和发展，已经开始逐渐向金属3D打印领域快速发展了。2018年，美国把“喷印金属3D打印”评为“全球十大突破技术”。GE、HP、Stratasys、Voxeljet等国际3D打印厂商已经推出相应技术的金属机。

△喷印3D打印金属的基本原理：铺一层粉末材料→打印头喷出液态的黏合剂大批金属粉末按照指定位置黏合→再铺一金属层粉末材料→再黏合，如此层层堆叠黏合，直到打印出指定的零件毛坯，打印出毛坯之后，还需要加热烘干脱黏合剂、以及高温烧结。Desktop Metal的一款机器DM Production，具有32768个喷嘴，主要是喷射抗烧结剂。

△目前，喷印3D打印技术在多种材料上取得了成功，包括不锈钢、模具钢、钛合金等等。

△喷印金属3D打印可以有效的降低个性化定制的成本，例如一个个性化定制的高尔夫球杆，传统cnc加工需要412美元，SLM金属3D打印需要1000美元，而喷印金属3D打印技术只需要73美元将就可以制作完成。

△喷印金属3D打印可以有效的缩短交货周期，传统的mim用模具价格昂贵，而且交货时间需要10——14周，采用喷印3D打印技术不到一周就可以交货。

△喷印金属3D打印可以改善零件性能，耐磨性增强。

△华中科技大学快速制造中心2015年开始喷印3D打印技术的研究，在2018年“SLS与铸造技术复合应用成果”获得国家技术进步二等奖。

△华中科技大学快速制造中心在喷印3D打印领域取得了很大研究进展，溶剂法喷印3D打印铸造砂型可以有效的避免喷头堵塞，并且抗拉强度可以的高达4.75MPa 在精度方面也有极大地提高。

△溶剂法喷印3D打印铸造砂型可以有效的避免喷头堵塞

△溶剂法喷印3D打印铸造砂型在强度方面提高了3倍

△纳米陶瓷墨水喷印3D打印陶瓷，可以将陶瓷初坯致密度从37%提高至45%，提升率达到了18.9%，烧结件的抗弯强度也提高了158.3%，但是烧结件的收缩率降低到了8%。

△基于完全毛细链接作用的喷印3D打印金属，适用粉末广泛，不需要添加其他材料，初坯精度高，粘结剂含量少，可以有效的节约后处理时间。

△致密度最高可以达到98.37%
维氏硬度最高可以达到233.78HV

△维氏硬度最高可以打带65.66HV，

△与武汉易制合作的鞋模金属模具喷印整体成型，可以完成结构复杂、具有薄壁结构和个性化的鞋模开发，综合成本为4000元每件，生产周期约为2天。

△通过增大成型腔的体积，增加喷空数量优化机械设计来提供设备的工作效率。

△可以开发多种新型复合材料，扩大喷印3D打印技术的应用面。

△喷印3D打印在创意玩具、医学模型、铸造、复杂金属件有着广阔的应用前景。

很有潜力的应用技术