基于3D打印技术的材料制备工艺分析.pdf

Applications创新应用170 集成电路应用 第 40 卷 第 10 期（总第 361 期）2023 年 10 月2 3D打印技术与材料制备工艺 2.1 挤出成型技术材料制备挤出成型是将原料熔融后直接注射到模具中并凝固形成形腔，最终得到所需形状零件的一种工艺过程。这是3D打印工艺中的一种重要成型形式，易于操作且适合于大规模工业化生产。目前挤出成型有以下几种方法：注射成型、熔融沉积成型、挤压成型。它具有成本低、速度快、周期短、材料利用率高等特点，目前已经广泛应用于各种领域，如汽车零部件制造、生物组织工程等方面。其应用领域非常广，发展前景十分广阔。2.2 粉末制备技术粉末制备技术通过物理和化学方法对塑料原料进行改性处理，以获得所需形状或性能的塑料制品。粉末制备方法分为两种类型即传统的压制成形法和粉末冶金法。粉末制备设备与系统根据不同的需求可选择相应的粉末制备装置，包括真空冷冻干燥机、高速混合器以及其他一些辅助装置。粉末制备技术有机械粉碎、热压缩及冷冻结晶等多种方法，在此主要介绍机械粉碎法和热压缩法在粉末制备中的应用。机械粉碎技术。利用粉碎工艺将颗粒细化至一定粒度大小后再进行挤压成型的一种加工工艺，该技术在粉末生产中有广泛的应用前景。获0 引言新材料制备是以全新理念、高新技术为核心，具有广阔应用前景的一类新兴工艺。内容包括：特种金属材料、先进复合材料；电子封装材料、半导体材料、光学仪器材料等；新能源材料、环保节能材料。其中最重要的是新材料（含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等）、生物医用材料、高性能结构材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等。1 研究背景3D打印技术与传统制造方法相比有许多优点，如可以快速精确地构建复杂模型并可进行个性化定制化设计。因此3D打印机被广泛应用于制造业、服务业、医疗行业等众多领域。随着科技的不断发展，3D打印也逐渐走进我们的生活，并得到越来越多人们的青睐，3D打印技术也正在从实验室走向工业生产中。我国虽然拥有丰富的金属矿产资源，但是金属资源利用率却较低，每年都要耗费大量外汇进口国外金属矿产来弥补不足。这不仅可能影响国家经济建设，同时也不利于国家资源安全。因此提高金属矿产的利用率具有重要意义，3D打印技术运用就是一种有效的手段。但由于3D打印产品存在良品率偏低，成本高以及生产周期长等缺点，制约了3D打印技术的进一步发展，因此解决材料制备工艺问题已迫在眉睫。作者简介：谢旻君，湖北国土资源职业学院自然资源与地理信息学院，副教授，硕士研究生；研究方向：宝石及材料工艺学。收稿日期：2023-04-15；修回日期：2023-09-23。摘要：阐述3D打印技术快速精确地构建复杂模型，进行个性化、定制化设计。分析制约3D打印技术进一步发展的材料制备工艺问题，包括挤出成型技术、粉末制备技术。关键词：3D打印技术，定制化设计，成型技术。中图分类号：TP334.8 文章编号：1674-2583(2023)10-0170-02DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2023.10.074文献引用格式：谢旻君.基于3D打印技术的材料制备工艺分析J.集成电路应用,2023,40(10):170-171.基于3D打印技术的材料制备工艺分析谢旻君（湖北国土资源职业学院，湖北 430090）Abstract This paper describes the rapid and accurate construction of complex models using 3D printing technology for personalized and customized design.Analyze the material preparation process issues that constrain the further development of 3D printing technology,including extrusion molding technology and powder preparation technology.Index Terms 3D printing technology,customized design,molding technology.Analysis of Material Preparation Process Based on 3D Printing TechnologyXIE Minjun(Hubei Vocational College of Land and Resources,Hubei 430090,China.)Applications 创新应用集成电路应用 第 40 卷 第 10 期（总第 361 期）2023 年 10 月 171得各种颗粒大小均匀、粒度分布窄的金属粉末，这种工艺被称为“机械研磨”法，机械研磨是将金属粉末磨成一定尺寸后进行加工处理，实现金属粉末在常温下直接成型，具有效率高，能耗低，操作简单等优点。该技术已经广泛用于各种金属材料的粉冶生产中。快速冷凝雾化制粉技术。作为粉末冶金新技术，近年来发展迅速。它与传统制粉方法相比有很多优势，如：可以得到粒径较小的粉体，可使用较少的原料就能制得所需要的产品，且产品质量稳定，成本低廉等等。该技术因此受到了越来越多研究者的关注和重视，也取得了很大的进展。其中液相法以其设备简单、成本低、适用范围广而成为国内外研究热点之一。气相法制备技术。气相法制备技术主要分为蒸发凝聚法、等离子法、放电法等，真空蒸馏法和真空蒸发法是一种常用的制备超细粉末的工艺方法。微波干燥法微波干燥法是用微波辐射来加速物料内部水分挥发，从而提高粉料质量的一种方法。2.2.1 真空蒸馏法真空蒸馏是利用真空泵把液体从容器中抽入真空室中，使溶液汽化，然后通过冷凝器分离出固体颗粒的过程。2.2.2 蒸发凝聚法蒸发凝聚法就是用蒸气加热溶剂使其变成液滴后再冷凝成小水珠而获得产品的一种方法，它具有设备简单，操作方便，能耗低等优点。（1）等离子体蒸发法，又称等离子体沉积法（SPD）。这种方法可用于制备纳米粒子如金刚石、立方氮化硼等纳米材料及薄膜材料。其主要原理是采用等离子体源对靶材进行轰击或电离来提高靶材表面活性和增强靶材与基体之间结合强度。（2）阴 极 溅 射 法，又 称 气 相 离 子 淀 积（GIC），是目前最常用的方法之一。该方法有三种即射频放电产生离子束；等离子弧电弧放电产生束流；气体喷射产生气流场；高压脉冲电源产生高速射流。其中以高频感应加热方式为多，也就是通常所说的直流辉光电弧焊接技术。（3）流动油面上真空蒸发法。由于油面温度高于大气压强，因此在一定范围内可保持真空状态。当压力升高到一特定值之后便不能维持这种恒定真空环境了，为此我们研制出一种能自动调节压力和工作温度的装置。（4）通电加热法。金属在高温下加热至一定温度时，就会使其表面张力增大并与之发生相互作用而获得所需形状的金属氧化物薄膜。利用这种方法可以得到较薄的金属氧化膜结构；也可使金属表面不经过任何预处理直接与电解液接触即可制备出理想的金属氧化物涂层；此外，还能降低电流密度，提高生产效率。可使温度达到300以上时氧化膜仍具有良好的性能，且加热时间短、效率高。（5）气相反应法是指金属蒸气、液相反应物之间进行物质和能量交换过程，从而生成新化合物的一种化学方法。其原理为：在一定压力下，气态或液态金属（包括氢）与固态催化剂发生气化反应，并产生大量氢气、氧气以及少量二氧化碳，通过控制这些气体的流量或浓度来调节反应体系的组成和产物量。（6）电阻加热式的气相化学反应法，以其独特的优点被广泛应用于材料合成领域。主要有以下几种类型:H2O-H2共沸精馏、高温水热裂解反应、微波辅助催化氧化反应、电弧放电引发反应、固体超强酸催化反应。低温常压下用惰性气体作为反应物时的液相化学沉积法是一种较为成熟且应用广泛的方法。（7）等离子体合成技术。等离子体化学沉积法就是在一定温度下通过高压直流电源产生等离子源并将其输入到具有特定形状和尺寸的工件表面上从而实现表面改性。其中包括：金属离子注入、金属化合物的蒸发-沉淀过程、固体氧化物薄膜沉积、非平衡热力学状态下的离子转移过程、高温热处理及退火、等离子体中的原子扩散、氮化物或氧化物超微粉末。（8）激光诱导化学反应法。利用反应性气体分子对特性波长的激光光子能量的吸收，活化，诱导气体分子的光解、热分解、激光光敏化和化合反应等，发生超微粒子的形成与生长，最终形成超微粉末。采用的激光一般是波长为10.6m的CO2激光和波长为1.06m的Nd:YAG激光。CO2激光有连续型和脉冲型两种。3 结语3D打印技术作为一种新兴技术在很多领域得到了应用，但我国对于该技术的开发还处于起步阶段。由于其工艺复杂、设备昂贵、耗材多、投资大，所以限制了它的推广普及，3D打印技术具有广阔的发展前景。未来的发展方向主要集中在：原材料生产，模具加工，材料制备装置及材料研发方面的资金投入，为了打破国外垄断的局面及价格问题，要更加注重3D打印材料生产工艺的研究。参考文献1 王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析J.中国高新技术企业,2012(26):3-5.2 孙聚杰.3D打印材料及研究热点J.丝网印刷,2013(12):34-39.3 杜宇雷,孙菲菲,原光等.3D打印材料的发展现状J.徐州工程学院学报(自然科学版),2014,29(01):20-24.