开发可烧结镍基合金浆料：“超人”项目在Fraunhofer弗劳恩霍夫 IFAM 启动

| 3DScienceValley · 2021/08/16

根据3D科学谷的市场观察，位于德累斯顿的弗劳恩霍夫制造技术和先进材料研究所Fraunhofer IFAM 近日启动了一个新项目，名为“创新的可烧结镍基高温合金浆料，用于通过新的 MoldJet® 工艺增材制造功能性金属部件”，简称“超人”项目。

超人项目的超人之处

3D打印技术家族中包含的各种不同的技术林林总总，那么MoldJet® 工艺是怎样的一种增材制造技术？与其最相近的增材制造技术又是哪种呢？

3D科学谷曾在《烧结变形、几何形状受限…间接金属3D打印的短板正在消失》一文中分享到Binder Jetting粘结剂喷射金属3D打印技术与几乎所有其他金属3D打印工艺相比都是独一无二的，因为在3D打印过程中不会产生大量的热量。这使得高速打印成为可能，并避免了金属3D打印过程中的残余应力问题。Binder Jetting粘结剂喷射金属3D打印技术将热加工过程转移到烧结步骤，这使得更容易管理热应力，因为烧结温度低于其他类型的金属3D打印工艺中所需的完全熔化温度，并且热量可以更均匀地施加。然而，这并不能完全消除温度梯度和产生残余应力的挑战。

可以说以Binder Jetting为代表的间接金属3D打印技术是面向批量经济型金属零件的打印应用市场而诞生的。

不过，间接金属3D打印技术本身也包含着不同类型的打印技术。弗劳恩霍夫Fraunhofer IFAM的MoldJet 3D打印技术通过模具打印与金属填充打印的结合以最大化生产力。根据3D科学谷的市场观察，MoldJet所面向的应用市场在3D打印技术大家族中，与其最相近的正是Binder Jetting粘结剂喷射金属3D打印技术。

而MoldJet、Binder Jetting这两种技术的一大核心，正是材料技术。由此逻辑出发，我们就不难理解为什么Fraunhofer IFAM要开发创新的可烧结镍基高温合金浆料。而由于MoldJet及Binder Jetting技术都面对着规模化的大批量生产应用空间，我们就不难理解为什么Fraunhofer IFAM将此开发项目昵称为“超人”项目。

MoldJet的特别之处

那么MoldJet与Binder Jetting粘结剂喷射金属3D打印技术不同之处是什么呢？在3D科学谷看来，MoldJet的工艺除了与Binder Jetting工艺都有Jetting-材料喷射这个过程，与Binder Jetting相区别的是，MoldJet工艺还具有Mold打印模具的过程。

Fraunhofer IFAM的MoldJet®工艺的两个基本的工艺步骤是打印模具，使其成为所需零件几何形状的框架，并用金属浆料填充该模具。这两个过程步骤彼此交替。

首先，是通过喷墨打印工艺由蜡状聚合物制成的模具。在该过程中，将聚合物在容器中加热，并通过打印头将材料一滴一滴地施加到基材上。这些液滴重叠并形成均匀模制的层。在下一步中，可以使用辊子使模具层光滑并确保整个打印区域上的层高均匀。

然后将金属酱料填充到模具中，这些金属浆料由所需合金的金属粉末和有机粘合剂体系组成。浆料从墨盒中均匀地喂入到槽模头中，以确保均匀地转移到模具中。然后，缝模头在基材上均匀移动，并将浆料连续填充模具的型腔。

这些浆料是被压入空腔中的，以克服毛细作用力并避免无材料的区域。同时，可以确保将多余的材料清除并收集到模具区域的后面。

填充每层模具后，是进行干燥和硬化的步骤。这三个过程步骤-模具打印，模具填充和干燥-逐层重复进行，直到生产出所需的零件为止。每个单独的模具层的布局都可以灵活，独立地调整。这样就可以生产内部结构和通道以及带有90°悬垂式悬垂的零件。不过根据3D科学谷的了解制造过程并非完全自由无限制，例如需要避免完全封闭的内部通道，否则以后就无法去除模具材料。

随后的脱脂与烧结过程则与Binder Jetting技术所对应的后处理过程类似。

MoldJet的全面发力

Fraunhofer IFAM的MoldJet®工艺优势在于，Fraunhofer IFAM可以提供从金属浆料开发，打印测试，几何形状优化和热处理（热脱脂，烧结）组成的整个过程链，以实现致密的功能部件低成本制造。

MoldJet® 以其在3D打印零部件的尺寸和设计方面的灵活性而著称。因此，如果能经济高效制造地制造镍基合金部件，那将使得制造的经济型、高效率与产品的高附加值结合成为可能。

与其合作伙伴 Tritone Technologies 和 MIMplus Technologies 一起，Fraunhofer IFAM在“超人”项目中专注于镍基合金浆料开发，主要动机是使这种复杂的材料实现传统工艺无法实现的新设计。

该项目的成果与广泛的工业部门相关，特别是航空航天、能源技术、电气工程、医疗技术、汽车以及其他工业分支，如化学工业或石油和天然气生产。

“超人”是 Eureka Call（“第 13 届德国-以色列联合研发项目提案征集”）的一部分。在德国方面，由德国联邦经济事务和能源部根据德国联邦议院的决议资助。

MoldJet背后的Fraunhofer更多资源

此外，根据3D科学谷的市场观察，弗劳恩霍夫Fraunhofer IFAM还是Fraunhofer futureAM项目的一员，Fraunhofer旗下Fraunhofer ILT，IWS，IWU，IAPT，IGD和IFAM共六家研究所一起，通过Fraunhofer futureAM未来项目共同实现了系统技术、材料和过程管理以及连续数字化方面的技术飞跃，从而提高了整个过程链中金属增材制造的效率和成本效益。