2018-09-06 15:51
来源:
增材制造协会
金属3D打印位于整个3D打印产业链的顶端，是3D打印体系中最前沿和最有潜力的技术，对于深化制造业改革和创建新型生产方式具有举足轻重的作用。同时，金属3D打印也是增材制造拓展市场的“先行者”，通过关键领域的应用将3D打印延伸到社会的全领域。
所以，对于金属3D打印技术的研究和探索一直是行业关注的焦点，目前主流金属3D打印主要是以激光或电子束为热源、以金属粉末为材料的方法，设备本身动则上百万，尤其是可用的金属粉末价格高昂。
近年来随着金属3D打印地位在制造业中的优势凸显，吸引了越来越多的资本和科研力量进入了该领域，围绕着改进技术、降低成本两大主题，世界各地涌现出了不少新的金属3D打印方法，虽然这些技术还未进入主流市场，但其创新成型方式和应用空间暗藏潜力，可作为借鉴为行业打开新的思路。
长丝金属打印FMP技术
长丝金属打印是由EVO-tech公司开发的，接近激光烧结，因为它使用一定体积的金属粉末，其在再固化成所需形状之前被选择性地熔融。EVO-tech的创新是首先处理这种金属粉末以形成长丝，类似于FDM或FFF 3D打印中使用的塑料细丝。用于挤出方法的金属丝已经可用，但与此不同，EVO-tech的技术能够生产与金属粉末一样接近金属的部件。
在选择金属粉末用于长丝之后，将合适的粘合材料（通常是某种聚合物）与其混合。然后将所得的颗粒原料形成为长丝。该金属丝可以在压力和高温下通过喷嘴挤出。到目前为止，这一步已经使用EVO-tech的EVO-lizer 3D打印机实现，该打印机专为具有硬化、高温喷嘴（高达330摄氏度）和高温打印床的工艺而设计。
纳米级金属3D打印技术
CytoSurge的核心技术是专利的FluidFM技术，FluidFM技术是一种重塑微管技术，FluidFM移液器微管有比人类头发的直径还要小500倍的孔径。这种独特的结合了显微镜和微流控技术提升业界的应用程序到一个更高的水平，并带来真正独特的组合，FluidFM的应用领域包括从单细胞生物到表面分析以及更多，带来最苛刻的纳米操作任务实验的灵活性。
CytoSurge与瑞士联邦工学院的联合使得FluidFM技术与3D打印几乎深度结合起来，瑞士联邦工学院通过整合FluidFM Probes到打印机上，发现不仅仅可以实现例如金、银、铜这些金属的纳米级打印，还可以打印细胞和复合材料。
原子扩散增材制造(ADAM)
Markforged在2017年CES上展示了一款新型的金属3D打印机MetalX，使用的是一种称为原子扩散增材制造(ADAM)的突破性技术。 这种方法类似于熔融沉积，将塑料粘合剂包裹金属粉末，打印完成之后，在烧结炉中将塑料粘合剂去除，同时将金属粉末烧结成型，其金属部件的致密度可达95 %—99%。
此外，得益于与基于云软件Eiger的在线激光检查，用户可以在软件上检查每个打印图层，对打印部件进行监控。
目前，MetalX可以3D打印17-4和303高端不锈钢，还有其他几种用于注塑成型的工具钢A-2，D-2、M-2，以及6061和7075铝、6AL 4V钛都在研发中。
液态金属3D打印
VaderSystems是一家由父子两人Scott 和Zachary Vader创立的企业，他们发明了一种液态金属3D打印的方法，将铝线在750摄氏度的条件下熔化，然后液态金属在一个包裹着电磁场的1200 °C的排出室内通过喷嘴喷射出液滴，整个过程逐层沉积，500微米的液滴大小可以达到1000滴/秒或1磅/小时的打印速度。
所使用的材料为标准的铝丝，比金属粉末的成本要低，但是打印机本身并不便宜，每台售价40万美元（约人民币276万）。
目前这家公司已经卖出了第一台机器MK1，买方为罗彻斯特理工学院。该公司又在继续开发第二代机器MK2，将拥有10个喷嘴，速度提升30倍，打印材料也将拓展到铜。
纳米粒喷射（NPJ）
Xjet是一家以色列初创公司，他们开发过一种突破性的新的金属3D打印解决方案：纳米粒喷射或称为NPJ3D打印。NPJ使用纳米粒来创造特殊的液态金属，然后再快速地将这些液态金属喷射成液滴，逐层成型，目前该技术还可以喷射含有陶瓷纳米颗粒的液滴。随后，在高温构建室内蒸发液体，从而迫使金属、陶瓷纳米粒形成一个真正的、高细节度的零件。这些零件随后会被烧结，其支撑结构会被手动拆除，更重要的是它的分辨率可以达到1微米的层厚。
智能微铸锻金属3D打印新技术
由华中大数字装备与技术国家重点实验室张海鸥教授主导研发的金属3D打印新技术“智能微铸锻”，成功制造出世界首批3D打印具有锻件性能的高端金属零件。这一技术，改变了长期以来由西方引领的“铸锻铣分离”的传统制造历史。
新技术创造性地将金属铸造、锻压技术合二为一，大幅提高了制件强度和韧性，提高了构件的疲劳寿命和可靠性。同时，新技术省去了传统巨型锻压机的成本，可通过计算机直接控制成形路径，大大降低了设备投资和原材料成本。目前，这一技术已经分别取得中国和国际专利。
数字光处理(DLP)工艺
荷兰最著名的陶瓷3D打印机公司Admatec Europe BV与荷兰能源研究中心(ECN)合作，共同推出了一款新的金属3D打印机：ADMETALFLEX。据了解，和它的陶瓷3D打印机一样，ADMETALFLEX使用的是数字光处理(DLP)工艺，用投影机将含有陶瓷或金属颗粒的树脂层层固化，部件完成以后，放入烘箱中烧结，将光敏聚合物和粘结剂去除，从而获得金属或陶瓷部件。利用其新的3D打印机，Admatec旨在满足市场对于尺寸相对较小的高精度、高性能金属部件的不断增长的需求。
目前这款机器可以用316L不锈钢打印出98%的致密部件。
MIG焊接和CNC铣削
佛罗里达州创业公司Ability3D曾为其桌面金属3D打印机Ability1在Kickstarter上 发起了一场众筹，支持者最低将以$2899（约2万人民币）获得一台Ability1，这样低廉的价格简直震撼。
它不需要昂贵的激光烧结或金属粉末，因为它结合使用两个更简单的工艺：MIG焊接和CNC铣削。实际上，它是一种混合型焊接和铣削机器，首先用MIG焊机沉积一层金属，然后用数控铣床裁剪掉任何粗糙的边缘。每一层这个过程会重复，直到对象完成。
由于MIG焊接是一种常见技术，用户可将多种焊丝类型，包括铝、不锈钢等用作3D打印材料。
构建体积为200 mm x 200 mm x 200 mm，定位精度为+/- 25微米，最小层厚为5微米，最大层厚为1000微米。
MIG焊接和CNC铣削
DesktopMetal是从MIT诞生的企业，GoogleVenture、BMW、Lowe’s等投资大佬都对其趋之如骛。它研究是一种类似于FDM的桌面金属3D打印技术。
该技术采用静电力来控制金属液滴从喷嘴中滴出。金属线材会被送入电感式加热管，然后熔化成为液态，接着在喷嘴口形成液滴，最后在压力等因素作用下滴到平台上，机械控制系统按照一定的路径移动从而堆积形成三维金属件。
直接金属书写（Direct Metal Writing）技术
美国著名应用实验室劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）与美国知名私立研究型大学伍斯特理工学院合作开发出一种全新的金属3D打印工艺——直接金属书写（Direct Metal Writing）。
新方法使用一种半固体金属，也可以称其为一种剪切稀化材料，这种特殊的金属材料在静止时表现得像固体，但被施加力时则可以像液体一样流动。目前研究人员是将一种铋锡混合物加热至半固体状态，然后将其从喷嘴挤出，还在继续寻找新的合金。该方法减少了3D打印部件中的氧化物和残留应力。
液态金属电子增材制造技术
北京梦之墨团队研发出最新研发的液态金属电子电路打印机。应用该设备，即使没有任何电子学经验的个人甚至孩童也能通过电脑操控，短时内即可直接打印出从网上订制的电路图案并制作出自己的终端功能器件，一定程度上实现了电子硬件的直接下载。
液态金属电子增材制造技术是由梦之墨团队于国内外首创的变革性电子制造技术，通过液态金属电子墨水直接快速制造出柔性可拉伸电子电路及终端功能器件，完全革新了传统电子工程学与3D打印的制造理念，其所见即所得的电子打印模式为发展普惠型电子制造技术、重塑传统电子及集成电路制造规则提供了变革性途径，且快速、绿色、节省、低成本，团队已申请60余项底层核心技术发明专利，具有完整的自主知识产权体系。
（来自：3D帝国网）返回搜狐，查看更多
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用微信扫码二维码分享至好友和朋友圈近日，广东石油化工学院环境催化团队的李泽胜副教授在国际权威期刊《Advanced Functional Materials》（一区Top，影响因子18.808）以”Constructing Flexible All-Solid-State Supercapacitors from 3D Nanosheets Active Bricks via 3D Manufacturing Technology: A Perspective Review”为题，发表前景展望综述。广东石油化工学院为论文第一完成单位，化学学院李泽胜副教授为论文第一通讯作者，化学工程学院李泊林博士为论文第一作者，广西师范大学李庆余教授为第二通讯作者。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202201166由于分级3D纳米片独特的几何特性和电子结构，它们表现出优异的电子迁移率、超高的比表面积和可靠的结构稳定性。因此，3D纳米片在电化学储能领域具有很大的应用前景。近年来，超级电容器以其充放电快、循环寿命长、安全稳定等优点引起了广泛关注。柔性化、小型化、智能化集成是超级电容储能器件的发展方向。新兴的3D打印技术，尤其是墨水直写模式，极大地提高了器件微结构的设计能力和控制精度。本文基于作者或其他团队前期对3D石墨烯纳米片和3D MXene纳米片的研究进展，提出利用先进的3D打印技术，利用活性3D纳米片实现柔性全固态超级电容器的设计。具有高比电容的材料。系统分析了叉指电极、多层骨架电极和纤维电极3D打印技术的设计方法以及柔性超级电容器的性能评估。本综述旨在为未来柔性全固态超级电容器的实际应用提供3D打印3D纳米片构建材料的设计、制备和性能优化的新概念和理论指导。本文提出利用先进的3D打印技术，利用具有高比电容的3D纳米片活性材料，实现柔性全固态超级电容器的设计。系统分析了叉指电极、多层骨架电极和纤维电极3D打印技术的设计方法以及柔性超级电容器的性能评估。图1：本综述的大纲插图随着个性化柔性电子产品（如柔性显示、植入式医疗、可穿戴电子设备）的兴起，对轻、薄、柔性的便携式储能设备的需求变得越来越迫切和尤为重要。作为柔性储能器件的重要组成部分，柔性超级电容器以其充放电速度快（即功率密度高）、循环寿命长、体积小、效率高、和很强的灵活性。特别是柔性全固态超级电容器可以保证在许多机械变形（弯曲、折叠、扭转、压缩或拉伸）和无数次重复变形下持续稳定的能量输出。这些优势确保了柔性全固态超级电容器是未来大多数柔性电子设备的良好且有前途的替代能源供应装置。目前，关于3D纳米片电极材料的设计和超级电容器的应用，评论层出不穷。最近，还发表了几篇关于 3D 打印技术在柔性超级电容器中应用的总结著作。这些综述分别为3D电极和柔性器件的设计提供了积极的指导意义。然而，3D纳米片材料和3D打印技术在柔性全固态超级电容器中的共同总结和展望却很少见。在这篇综述论文中，我们讨论了通过 3D 打印技术（或一些非打印技术）从 3D 纳米片（作为微电极的活性砖）构建柔性全固态超级电容器。本综述的主要内容包括：1）介绍了3D纳米片材料的基本类别和制备方法，总结了高性能电极材料的一般设计原则；2）基于针对性的设计案例，总结了3D石墨烯、3D MXene等3D纳米片的最新制备和应用进展；3）系统总结了基于3D打印技术（或其他技术）的3D纳米片多样化电极（微交叉电极、多层骨架电极、类纤维电极）的设计策略和全固态超级电容器应用；4）最后，我们还讨论了3D打印技术在基于3D纳米片的柔性全固态超级电容器的挑战和机遇。图2典型的 3D 石墨烯纳米片：A-D）树脂前体热解的 3D 石墨烯网络，E-H）氧化石墨热解的 3D 石墨烯网络，I-L）吐温前体化学活化的 3D 类石墨烯多面体，M-P ) 通过甘蔗渣前体的模板催化制备 3D 类石墨烯纳米笼。图3基于 3D 打印技术 (DIW) 的叉指电极设计：A) 采用 VN/GO 和 V 2 O 5 /GO 墨水的不对称电极，B) 采用 MXene/金属纳米线墨水的对称电极，C) 采用 MXene/碳纳米纤维墨水的对称电极, D) 具有单一 MXene 墨水的对称电极，E-G) 具有 MoS 2和 rGO 墨水的不对称电极（喷墨打印）。图4基于3D打印技术的多层骨架电极设计(DIW): (A)对称电极与氧化石墨烯墨水，(B和C)非对称电极与MXene和AC墨水，(D和E)全3D打印全碳凝胶超级电容器。图5典型的光纤电化学器件: (A)平行双纤模式，(B)扭曲双纤模式，(C-E)双层同轴光纤模式; 典型的3d打印光纤超级电容器:(F和G)多层同轴光纤超级电容器，(H)方截面光纤超级电容器。总结：在超级电容器领域，各种 3D 纳米片构建材料（包括 3D 纳米片粉末、3D 纳米片薄膜和 3D 纳米片气凝胶）已被广泛设计和制备，以提高电化学储能效率。在 3D 纳米片材料（如 3D 石墨烯和 3D MXene 纳米片）的制备中，模板法是最广泛的制备方法，包括固体球形模板（二氧化硅球和聚合物球）和原位模板（自发冰或定向冰晶）。3D打印技术（如DIW）可以实现不同尺寸的多孔电极（如叉指电极、多层骨架电极、纤维电极）的有效设计，其中，多孔电极中离子和电荷转移效率的显着提高有效地提高了电容器在高负载下的倍率性能。3D 打印技术在利用 3D 纳米片构建的电极材料设计柔性固态超级电容器方面显示出广阔的前景。此外，3D打印技术为引入电极设计等赝电容活性材料、精确调控其负载量和空间分布提供了极大便利，为开发具有超高能量密度的非对称超级电容器材料提供了新途径。在这篇综述论文中，为了进一步提高全固态超级电容器的实际器件能量密度，我们提出构建可压缩气凝胶电极（即多孔骨架木桩电极），通过 3D 制造技术（3D 打印技术或其他技术），由高电容 3D 纳米片活性砖（例如，3D 石墨烯、3D MXene 或其他金属 3D 纳米片）制成的紧凑型叉指电极、可穿戴纤维电极和柔性薄膜电极粉末）。目前，3D 打印技术已经从一些 3D 纳米片粉末材料（例如，MXene 和 MoS2 3D 纳米片粉末）用于全固态柔性或微型超级电容器。同时，通过超高比表面积“3-D 活化石墨烯纳米片”3D 打印电极设计柔性全固态超级电容器似乎更可取和有吸引力。此外，我们还提出了不对称水性全固态柔性超级电容器和非水性全固态柔性超级电容器的有前景的设计，以实现更高的电压窗口和更高的能量密度。*感谢论文作者团队对本文的大力支持。本文来自微信公众号“材料科学与工程”。欢迎转载请联系，未经许可谢绝转载至其他网站。特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.相关推荐热点推荐
2024-01-16 15:36:49
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