FRITSCH研磨——3D打印的材料预处理助手

德国飞驰 2024-03-27 | 阅读：1282

3D 打印

在3D打印技术出现以前，我们所熟知的制造工艺多遵循“从大到小”的原则，即通过从原材料上去除多余的材料从而获得零部件，例如操作机床对材料进行车削、铣削等。

3D打印（即增材制造），其原理与上述方法相反，通过将三维数字模型切割为薄片，然后逐层打印，通过叠加最终形成一个完整的实体。该制造过程没有其他中间环节，流程更加简洁、设计更具灵活性，并且能够减少对材料的浪费。目前，该项技术已广泛应用于医疗保健、航空航天、汽车制造与教育等多个领域。

3D打印与材料预处理

对于3D打印，合适的材料是关键要素之一。在打印过程中，材料需要经过加热达到熔点，并通过打印机喷嘴喷射出来，从而逐层完成实物的叠加成型。

材料的初始粒径是至关重要的参数。反应物的初始粒径越小，用于熔化材料以及后续打印所需的能量越少，因此，在实际打印开始前，使用粒径尽可能小的材料作为原料，在提高3D打印的效率、减小能量损耗方面具备明显优势，这也能说明，材料预处理对于3D打印的必要性。

FRITSCH研磨在3D打印中的应用

1、纳米级研磨与新材料开发

在3D打印领域，FRITSCH的行星式球磨机是将材料加工至纳米级的理想设备。

以国际空间站中的金属材料打印为例，多年来，国际空间站作为实验平台，旨在减少对地面任务控制中心的依赖，更多地依靠现场数据处理和制造。通过使用在地球上经预处理的材料粉末，实现在空间站内的3D打印，可协助站内获得更多的备用零件，而不仅仅依靠后续火箭补给，该方案同样能够为空间站的打印过程节约宝贵的能源。

通过FRITSCH应用实验室的调查发现，在3D打印的领域内，有许多关于新材料的研究。特别是合金材料，其相关应用正在受到更加密切的关注。

这些应用的首要目标并不是粉碎，而是开发与生产复杂金属化合物。从原子水平上来看，当样品内部存在强烈、长期的应力时，更易获得极均质材料（例如无定形铌酸镍化合物）。FRITSCH的行星式球磨机不仅能够进行纳米级研磨，而且能够应用于机械合金化，是合金材料开发的理想选择。

行星式球磨机PULVERISETTE 5加强型

行星式球磨机PULVERISETTE 7加强型

研磨细度：纳米级

应用举例：使用PULVERISETTE 7加强型对用于航空航天的陶瓷粉末进行纳米级研磨

实验方案：

实验结果：对陶瓷颗粒进行纳米级研磨，研磨后材料粒径显著降低，均匀性显著提高，样品D10到D90的粒度分布曲线如图1所示，该成果有利于后续相关工艺的进行，从而使所制造的超级电容器器件具有良好的烧结密度，如图2所示。

微信图片_20240327082719.png

图1 钛酸钡研磨前后粒度分布曲线图

（蓝色-研磨前；黄色-研磨后）

微信图片_20240327082721.png

图2 烧结超电容装置扫描电子显微图

2、3D打印材料回收

对于3D打印的环境问题，不规则塑料碎片是我们关注的焦点。然而，由于许多塑料在经历了若干次相变后，仍然保持特性不变，因此，对这些材料进行重复利用不失为一个合理、环保的选择。

FRITSCH的通用型切割式研磨机PULVERISETTE 19可以进行转速调整，非常适用于3D打印废料的回收。另外，重型切割研磨机PULVERISETTE 19 LARGE的大容积进料漏斗可以对初始粒径高至12cm的样品进行研磨。

通用型切割式研磨机PULVERISETTE 19研磨前后的塑料废品：

通用型切割式研磨机PULVERISETTE 19

研磨细度：0.2-6mm

应用举例：使用切割式研磨机对PET制品进行研磨

样品研磨前后对比：

3、多类型样品的研磨

3D打印应用于众多领域，采用的材料多种多样，除了金属、塑料等，像砂糖这样的食品也可以作为原料。

FRITSCH的可变速高速旋转粉碎机PULVERISETTE14加强型可以满足多种材料的研磨需求，能够在一台仪器中提供冲击、剪切和切割粉碎功能，其强大的电机可以对软至中硬，脆性、纤维材料以及温度敏感性样品进行研磨，例如塑料、合成树脂、纸材或糖类等。

可变速高速旋转粉碎机PULVERISETTE14加强型研磨前后的塑料样品：

可变速高速旋转粉碎机PULVERISETTE14加强型

研磨细度：0.08-6mm

应用举例：使用PULVERISETTE14加强型对聚丙烯颗粒剂进行研磨

实验配置：

样品研磨前后对比：

FRITSCH作为材料预处理专家，能够为3D打印的实现打好基础、建立优势，同时也能够在化学分析、材料研究、药物制备、环境保护等多个领域绽放光彩。