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联系我们3D打印不锈钢
强度是传统钢材的3倍
3D打印技术已然风靡全球，但目前与这项技术结合最好的是塑料和泡沫钢材料，而这些材料却不够结实，不能满足核心材料的应用需求。如今，研究人员已经开发出了一种3D打印坚韧和灵活的不锈钢的技术，这一进步可能会带来更快、更廉价的方法，从而制造出从火箭发动机到核反应堆和油井设备零部件的所有产品。
不锈钢是在150年前发明的，至今仍广受欢迎。它是由传统的钢结构熔化而成的——其自身是铁和碳(有时是其他金属，如镍)的混合物，并加入铬和钼，用以防止生锈和腐蚀。在不锈钢的制造过程中，一系列复杂的冷却、再加热和轧制的步骤，使得材料的微观结构紧密地排列在一起，即合金的颗粒与颗粒之间形成了一种类似于细胞的结构。当金属被弯曲或受压时，颗粒中的原子层彼此滑动，有时会形成晶质缺陷，从而导致裂纹的产生。但是牢固的颗粒边界可以阻止这些缺陷，使材料变得坚硬，并且仍然足够灵活，形成一个想要的形状。
长期以来，3D打印研究人员一直试图复制这种结构。他们的计划始于一个涂抹在平整表面上的金属合金颗粒粉层。在这项研究中，一种由计算机控制的高性能激光束在表面上来来回回地扫描。被激光击中的颗粒熔化并融合在一起。随后，这一表面向下移动，紧接着，另一层粉末被添加进来，之后，激光加热过程再次重复，将新熔化的材料粘在下面的一层上。通过重复这种逐层添加法，工程师们可以制造复杂的结构，比如火箭发动机。
然而问题依然存在——在微观层面上，3D打印的不锈钢通常都是高孔隙度的，这也使得它们很脆弱并且容易断裂。科学家通过设计一个由计算机控制的程序扩展了这项工作，使其不仅能够制造致密的不锈钢层，而且可以更为严格地控制这些材料的结构——从纳米级到微米级。这就使得3D打印机可以在每一个尺度上构建微小的细胞壁式结构，从而防止破裂和其他常见问题。测试表明，在某些条件下，最终的3D打印不锈钢材料的强度要比传统工艺生产的不锈钢高3倍且仍然具有韧性。
水凝胶3D打印
打印电子器材可植入人体
植入生命体的电子器件，可以是柔软而有温度的。西湖大学工学院团队开发了一种水凝胶支撑基质和一种银—水凝胶复合导电墨水，在国际上首次通过3D打印制备出封装内部电路的一体化水凝胶电子器件。外部材料会被人体识别，产生一定的排异反应，比如治疗骨折用的钢钉、种植用的牙齿，乃至材质柔软的人工耳蜗。面对电子器件进入身体后的“尴尬”，水凝胶被科学家寄予厚望，因为它同时具备柔韧性和良好的生物兼容性。
传统的水凝胶电子器件，就是用水凝胶把电路“包裹封装”起来，在核心的电路部分，仍然是坚硬的金属。团队此次研究的突破点在于，把水凝胶电子器件中的金属部分也“统一”成水凝胶的状态。
团队首先在材料的设计方法上寻找突破，找到了海藻酸钙—聚丙烯酰胺双网络水凝胶并加以改造。据了解，将海藻酸钙和聚丙烯酰胺合成一整块水凝胶的方法，虽然常见但缺少灵活性。他们把这两种水凝胶的固化分成了两个独立步骤——先固化海藻酸钙，然后再“打碎”细化成为微凝胶微颗粒。
如此一来，这种凝胶颗粒中除了海藻酸钙，还包含了丙烯酰胺单体、交联剂和自由基引发剂，粒径在20微米左右，可以作为3D打印的“支撑基质”。打印完成后，可再通过加热引发聚丙烯酰胺的固化，让电子器件最终定型。
医用3D打印
材料多种多样
在现代医学领域中，3D打印技术所用的医用材料主要包括4类：一是对生物相容性要求较低的医用材料。这类材料主要应用于3D打印体外诊断与预测模型、导板、体外假肢或矫形辅具等，极大发挥了3D打印在个性化定制方面的优势，可使患者获得更好的治疗。二是满足生物相容性，但不可降解的医用材料。主要有钛合金、钴铬合金和钽合金等金属材料，以及高分子材料等惰性材料，这类材料可被用作打印体内植入物。
三是生物相容性良好且可降解的医学材料。主要应用领域为打印组织工程支架。这类材料打印出的植入物，不仅需要与生物体相容，还要具有降解性，且在一定时间内可促进体内缺损组织的生长和愈合。四是活性细胞、蛋白质及其他生物活性分子。使用该类材料的生物3D打印技术也被称作细胞3D打印技术。细胞3D打印技术可以直接将细胞、蛋白质及其他具有生物活性的材料作为3D打印的基本单元，以3D打印的方式，直接构建组织或器官。
医用聚合物材料
3D打印医用聚合物材料主要应用于医疗模型与手术导板等的制作，少部分材料可作为生物可降解组织工程支架和生物墨水的基质，这类材料包括聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、蛋白质、多糖以及水凝胶（具有高含水量的亲水性或双亲性聚合物三维网络）等聚合物。
医用聚合物打印材料具有非常优异的加工性能，可适用于多种打印技术，因此成为主要的医学3D打印材料之一。
陶瓷基生物材料
医用活性陶瓷能够模拟自然骨的矿物相、结构以及机械性能，是理想的仿生骨修复材料，因此得到研究机构的高度重视并获大力发展，但其在韧性等方面仍存在不足。
羟基磷灰石粉末矿物相中含有大量磷酸钙，被广泛应用于陶瓷3D打印研究中。与金属、聚合物材料相比，医用生物陶瓷材料的应用相对较少，3D打印生物陶瓷的性能与实际的应用需求有一定差距，限制了其产业化发展。
生物墨水
医用水凝胶、生物交联剂和活细胞共同组成了生物3D打印所需的“生物墨水”。目前，虽然已经有研究人员将3D打印技术与生物墨水相结合，打印出人体耳廓、肾脏、心脏等活体组织，但如何保持细胞活性，以及如何维系组织功能等问题仍有待解决。无论是天然生物墨水还是合成生物墨水，生物3D打印技术对墨水材料黏度、强度和生物相容性等要求严格。
医用金属材料
常见的3D打印医用金属材料有不锈钢钛合金、钴铬合金和钽合金等，一般用于制备植入物，目前主要集中在制作个性化骨植入物、支撑性支架等。这些金属材料具有良好的生物相容性，可以满足当前大部分医学应用。最常见的金属材料3D打印方法是粉末床熔融，目前主要使用激光和电子束的高能量源选择性区域熔融金属粉末。
超强韧性＋超强延展
3D打印纳米结构高熵合金
去年，美国马萨诸塞大学采用3D打印方法，制作出一种双相纳米结构高熵合金（HEA），其强度和延展性优于现有其他先进的3D打印材料，有望催生可用于航空航天、医学、能源和运输等领域的高性能部件。过去15年，高熵合金越来越受欢迎：它是由5种或5种以上等量或大约等量的金属制成的合金，具有许多理想的性质，因此在材料科学及工程领域备受重视。3D打印技术目前已用于材料开发领域，基于激光的3D打印可以产生大的温度梯度和高冷却速率，而传统方法很难做到这一点。
此次，研究人员将高熵合金与先进的3D打印技术—激光粉末床熔融结合，开发出具有前所未有性能的新材料。由于该工艺使材料熔化和凝固速度非常快，所得到材料的微观结构与传统方法制造出的材料大相径庭。
研究人员表示：“这种不寻常微观结构的原子重排使其拥有超高强度和更高的延展性，与传统金属铸件相比，新材料的强度提升了3倍，延展性不减反增。使HEA拥有更强韧性和更好延展性有助于研制出机械效率高且节能的轻质结构。”未来，科学家们有望利用3D打印技术和高熵合金研制出可广泛应用于生物医学、航空航天等领域的高性能部件。
主流金属3D打印
安全因素还是首要问题
无论是钢还是高熵合金，从实际制造角度来说，金属3D打印的每个阶段都会产生不同的污染源（或物质）进而会造成特定的危害。金属3D打印用的金属粉末，粒径分布通常为几十微米，可被吸入肺或肺泡。对于低密度的钛、铝及其合金都是反应性金属，风险尤其大，必须受到粉尘浓度的特定限制；其他金属粉末，如钢或其他含镍合金，则被危险物质指令分类为致癌、致突变和生殖毒性材料。对粉末颗粒的长期接触和吸入会给操作人员身体健康带来一定隐患。
不仅如此，在组件的打印过程中危险同样存在，熔化过程产生的废气除一部分会被带入过滤系统，仍可能有一部分被排出到打印系统的外置空间，从而造成室内环境的污染。随同废气的排出，一部分惰性气体如氮气尤其是氩气，也是风险的来源。设备的维护过程，如过滤系统的清洁，其中的粉尘、灰烬比金属颗粒更加细小，若处理不当，很可能会因为成分的稳定性问题发生火灾甚至爆炸。
基于对SLM工艺过程的整体评估，德国Bayreuth大学开发并评估了粉末防护的特定方案，其重点在于安全防护反应性材料Ti6AlV4。为减少危害而采取的保护措施由STOP原则确定优先级顺序，实施策略要基于流程、地点以及员工保护等关键因素。
金属粉末的处理必须格外小心，并且在可能的情况下，应在保护性气氛中进行。目前，全封闭的工艺流程正在被设备制造商所重视，以SLM Solutions为代表的金属打印机品牌商从粉末的灌装、清理甚至中途加装等所有流程均实现了全封闭操作，这种空间分割或封装最大程度的减少了粉尘的暴露和危害。在这种情况下，3D打印手套箱就成为了一种优先的设备选择。
3D打印安全保护
3D打印技术作为一项前沿性、先导性非常强的新兴技术，对传统制造业的工艺改造和新材料的广泛应用具有颠覆性的意义和作用。我们制造的3D打印手套箱（增材制造保护手套箱）针对航空航天特殊零部件的加工所需要的环境而设计的：3D打印设备一般采用送粉成型或铺粉成型两种，每种成型设备其需要的手套箱设计要求不同，为此需要啊根据不同需求来设计手套箱提供可靠的解决方案。
金属3D打印惰性气体保护系统是一套高性能、高品质的自动吸收水、氧分子的超级净化防护手套箱，提供一个纯化工作环境需求的密闭循环工作系统，可以满足特定清洁要求应用的1ppm的O2和H2O惰性的氛围环境。实现了将选择性激光溶化装置本体放置在一密封箱体内，该密闭箱体与多级粉尘手机装置和风循环装置形成闭环，氩气在该闭环内循环，系统中的气氛水含量达到小于1PPM指标，氧含量达到小于1PPM指标，实现超高纯工作气氛的环境，加工的产品可直接应用，减少再处理环节，是一套满足科研开发而设计的经济型循环净化系统。
技术优势
●解决3D打印手套箱大体积密封的可靠性。
●解决3D打印手套箱信号线及动力线高度集成进箱密封防干扰问题。
●解决3D打印手套箱工作时烟尘净化问题及过滤器更换周期及寿命问题。
●人性化专业化设计，箱体外形美观，箱体上大型门的密封性极好，开启方便简单。
●解3D打印手套箱送粉器送粉进气或铺粉设备镜头吹气与手套箱箱体压力控制。
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