根據ACAM亞琛增材制造中心在2021年formnext深圳展會上關于《增材制造技術“深潛”-前沿發展趨勢》的分享，3D打印-增材制造的發展趨勢朝向多維度的深化層面，面向量產應用，向應用端深度延伸走向產業化的一條發展路徑是新材料與新制造工藝的結合。
根據3D科學谷的市場觀察，在新材料與新工藝的結合方面，德國Schunk不僅使用普通材料實現了這項未來技術，而且還使用陶瓷、特殊粉末金屬、纖維增強復合材料和多組分材料 3D 打印等高性能材料實現了增材制造。
Schunk
面向量產
3D打印陶瓷
Schunk
多年來，技術陶瓷的 3D 打印只是工程界的一個夢想。很難想象這個過程會使用如此堅硬的材料。尤其是考慮到陶瓷在燒結過程中會收縮。長期以來，可制造零件的最大尺寸限制在幾立方厘米。然而，3D打印陶瓷技術正在獲得不斷的突破……
根據3D科學谷的市場觀察，Schunk從 2014 年開始進行滲硅反應結合碳化硅 (RBSiC)的 3D 打印，當時Schunk投資了一臺粉末床打印機，隨著時間的推移，Schunk已經取得了進展。從那時起，Schunk就專注于這種材料的 3D 打印，因為：RBSiC 注定用于 3D 打印。主要是因為它在燒結過程中不收縮。這使Schunk能夠生產大規格和高密度部件。在Schunk的 3D 打印過程中創建的材料稱為 IntrinSiC。
基本上，Schunk可以使用所有傳統的成型技術。然而，3D 打印毛坯零件是Schunk實現前所未有的設計自由度的好方法。對于零件的燒制，Schunk仍然使用Schunk傳統的高溫工藝，這樣可以控制成本。
為什么RBSiC在燒結過程中不收縮？RBSiC 收縮率低的原因是部分硅與碳反應形成碳化硅，并與初級碳化硅一起形成三維陶瓷基體。另一方面，其余的硅填充所有剩余的空隙。
目前Schunk能夠生產長 1.8 m、寬 1 m 和高 0.7 m 的零件。根據3D科學谷的了解，當前Schunk每天可以處理超過兩噸的碳化硅。這使得Schunk不僅是第一家為這種尺寸的 RBSiC 產品開發合格且可重復的 3D 打印工藝的公司，而且也是第一家將該技術帶入批量生產規模的公司。
不過一開始的時候，Schunk意識到3D打印陶瓷并不是一件容易的事。材料的硬度、強度、密度和彈性模量等特性最初無法跟上Schunk傳統材料的水平，那時候時不時遇到裂縫問題。
但現在這些問題都被克服了，Schunk的 3D 打印材料與Schunk傳統的 RBSiC 處于同一水平。Schunk現在可以為客戶提供他們想要的任何零件的最佳工藝。
碳化硅幾乎和金剛石一樣硬。因此，對其進行加工非常昂貴且耗時。另一方面，Schunk的 3D 打印工藝，Schunk可以生產近凈形狀的零件并最大限度地減少硬加工。此外，3D打印技術提供了幾乎無限的設計自由，Schunk能夠實現使用傳統方法無法想象的復雜幾何形狀。
與此同時，Schunk與客戶一起開發了多種產品，例如，用于間接加熱的優化輻射管。使用傳統的成型工藝，可行的內部結構是有限的。另一方面，借助 3D 打印，Schunk可以生產出表面積更大的復雜結構，從而提高整個系統的效率。
另一個例子是全新開發的 IntrinSiC 換熱式燃燒器或 IRecu，用于間接加熱熱處理爐。該產品利用了 3D 打印的所有靈活性。憑借 3D 打印的陀螺結構，它將能源效率最大化到前所未有的水平。
此外，Schunk制造需要剛性和重量輕的機器部件。與傳統的模制和后加工零件相比，Schunk的 3D 打印工藝在這方面要經濟得多。Schunk開發的零件與原始結構相比重量減輕了 30%，而不會影響剛度。
燒結金屬的3D打印
金屬的增材制造一直是一個挑戰。由于它們的高熔點，必須開發特殊工藝。這些包括直接激光熔化，其中激光或其他小型熱源將粉末熔化到表面上并立即熔化。一些機器制造商和服務提供商在此過程中取得了成功。然而，雄克采取了不同的方法……
Schunk采取的是粘結劑噴射3D打印技術，這種粘結劑噴射方法的一大優點是不需要粉末床中的支撐結構，因此可以在彼此的頂部打印許多零件。除了粘接劑噴射成型技術外，Schunk還使用與金屬粉末注射成型MIM相同的工藝和設備，這些工藝和設備已在數十年的大規模生產中得到證明。
作為汽車零件供應商，Schunk需要一種不僅適用于原型制作，而且適用于批量生產的 3D 打印技術。金屬粘結劑噴射使Schunk每天可以一次打印數千個零件。然后在Schunk的連續爐中進行脫脂和燒結。這使得每個零件的平均周期時間可與所有其他高效的批量生產過程相媲美。這就是使這個過程如此有吸引力的原因。
根據3D科學谷的了解，Schunk目前與一家機器制造商一起開發了一個 3D 打印的銅部件來優化他的機器的性能。在這里，3D 打印的設計自由度使Schunk能夠在組件內部創建不可見的冷卻通道。在這里，Schunk利用了銅非常好的導熱性以及電子元件傳統上所需的導電性。
銅金屬的3D打印技術 3D科學谷《銅金屬3D打印白皮書》
Schunk還為MIM系列生產制作了許多測試樣品，以減少加工和測量的項目時間。例如，通常使用 MIM 工藝生產的基板。同樣，客戶可以從最大的設計自由度中受益，無需模具成本，可實現快速交付。
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在此期間，Schunk已經能夠使用 3D 打印來實現與傳統工藝相同的材料特性。這一成功引起了Schunk汽車和航空航天行業客戶的極大興趣，他們希望使用Schunk的技術用于每年約 10,000 至 50,000 件的中型批量生產。
纖維增強復合材料的 3D 打印
纖維增強材料的增材制造具有挑戰性。有多種不同的方法，每種方法都有自己的應用。為了使用 3D 打印生產連續纖維增強材料，Schunk 希望更進一步。
基本上，塑料的 3D 打印與“熔融沉積建模”或“熔融長絲制造”一起工作。在這些過程中，打印頭將熔化的塑料細絲按路徑逐層施加到選定區域。纖維增強是通過將短纖維（<1 毫米，約 300 微米）混合到長絲或復合物中獲得的。
更大的挑戰是用連續纖維打印。在此，在打印過程中將纖維插入塑料長絲中或將連續長絲滲入。在每個打印層或線的末端，纖維被切斷。也可以使用具有連續纖維的熱固性樹脂，例如通過紫外線照射使樹脂固化。
所有這些技術都令人著迷，并為碳纖維增強塑料開辟了新的應用領域，但Schunk想更進一步。
這Schunk的目標是使用碳纖維增強碳 (CFC) 的連續纖維增強材料進行 3D 打印。在這種材料中，樹脂在至少 1,000 攝氏度的高溫工藝步驟中轉化為碳。此類具有多種變體的材料系列廣泛用于高端應用，是 Schunk 的專長。為此，Schunk與初創企業和研究機構合作，開發正確的加工工藝，并將增材制造的新設計自由度用于連續纖維增強碳。
不過要充分利用新的自由度來塑造和開發用于 3D 打印的零件，還有很長的路要走。Schunk已經開始批量生產零件，銷售額也在穩步增長。Schunk今年將推出 IntrinSiC-B4C陶瓷材料，是航空航天、車輛保護和身體保護等復雜保護應用的完美選擇。嚴格的公差是Schunk目前正在探索的另一個領域。
新材料與新工藝的結合，將誕生全新的市場機遇，3D打印-增材制造正在向多維度的深化層面發展。
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