多材料3D打印技術獲突破！Lithoz陶瓷3D打印機功能升級，開啟多功能件制造新未來

導讀：Lithoz是工業(yè)陶瓷3D打印機的龍頭開發(fā)商，自2020年推出CeraFab Multi 2M30系統(tǒng)以來，它一直在尋求突破多材料3D打印的桎梏。

2022年5月9日，南極熊獲悉，Lithoz公司這款基于光刻技術的陶瓷制造（LCM）設備——2M30已經(jīng)實現(xiàn)了多材料打印，即它能夠同時用兩種材料進行打印，這包括陶瓷-金屬、陶瓷-聚合物和陶瓷-陶瓷的組合。

然而，與傳統(tǒng)的多材料系統(tǒng)不同，Multi 2M30的設計是為了促進正處于萌芽階段的功能分級結構領域的發(fā)展。Lithoz選擇開發(fā)的這一獨特方向為開發(fā)航空航天、電子、能源、醫(yī)療保健等領域的新型應用鋪平了道路。該機器甚至可以作為一個開放系統(tǒng)，供客戶開發(fā)自己的材料。

△一個使用氧化鋯增韌氧化鋁和氧化鋁3D打印的齒輪，每個區(qū)域都有不同的強度特性。照片來自Lithoz。

多材料3D打印的衍生應用

除了簡單地實現(xiàn)多材料部件，2M30還可以用來3D打印功能分級結構。通過同時使用兩種材料進行打印，該系統(tǒng)可以對構建的成分和微觀結構進行逐步的改變。從本質(zhì)上講，零件的一個部分可以用一種材料打印，另一個部分用另一種材料打印。兩種材料甚至可以在單層內(nèi)結合，從而產(chǎn)生具有不同機械和功能特性組合的部件。

那么，什么樣的性能是可能實現(xiàn)的呢？由于Lithoz廣泛的材料生態(tài)系統(tǒng)，部件可以被設計成多孔和致密、生物可吸收和生物惰性、硬和韌性、導電和絕緣（熱和電）、磁性和非磁性、透明和不透明，以及多色。

例如，一個汽車部件可能被要求在一端承受拉伸載荷，在另一端承受壓縮載荷。像這樣的部件會根據(jù)負載區(qū)受到不同的力，所以它需要定制的分級性能組合，如抗拉強度和韌性，以優(yōu)化其性能。2M30可以同時采用匹配兩種不同需求的材料打印兩端，而不是用單一材料3D打印分級部件或?qū)⑵浯蛴〕尚枰�組裝的兩個獨立部件。

多材料3D打印的另一個主要市場是電子行業(yè)，其中導電/非導電構建將具有很大的價值。Multi 2M30的客戶可以用導電金屬3D打印設備的電氣觸點，用不導電的陶瓷材料3D打印絕緣外殼，在不損失任何功能的情況下將組件整合成一個整體部件。介質(zhì)材料也可以堆疊在一起，在上面甚至在部件內(nèi)部刻上印刷電路，從而形成密集的3D電路。

復合半導體應用（CSA）Catapult公司已經(jīng)意識到該機器巨大潛力，它最近從Lithoz購得了英國第一臺Multi 2M30。作為一家由威爾士政府支持的研究機構，CSA Catapult將在今年晚些時候投入使用后，并計劃利用該打印機開發(fā)以前不可能實現(xiàn)的半導體設備多材料部件。

CSA Catapult的封裝主管JayakrishnanChandrappan博士解釋說："CeraFab Multi 2M30 3D打印機是DER投資的最先進設備的一部分，是對我們先進半導體集成和封裝能力的寶貴補充。這次收購將幫助我們開發(fā)用于大功率和高頻率微電子封裝的新型3D打印多材料部件，多材料打印設備將推動節(jié)能、緊湊和經(jīng)濟的封裝。"

CSA Catapult進行的研究將有助于開發(fā)以前無法實現(xiàn)的3D打印的新應用，正如萊奧本大學的研究人員所顯示的那樣，他們與Lithoz一起，成功地利用2M30的功率制造了有史以來最堅固的3D打印氧化鋁。

△銅和氧化鋁基玻璃陶瓷在Multi 2M30上3D打印。照片來自Lithoz。

CeraFab Multi 2M30：它是如何工作的？

Lithoz公司的LCM工藝，被一些人視為陶瓷AM的行業(yè)標準，是大桶光聚合的一種變化。構建平臺被放入一大桶含有陶瓷的液體中，也就是所謂的漿料，并通過數(shù)字微鏡設備（DMD）有選擇地從下面暴露在光線下，使構建的第一層的截面固化。這個過程逐層重復，直到3D零件打印完成，部件在打印后還必須進行燒結以獲得力學性能。

與該公司的其他3D打印機不同，CeraFabMulti 2M30的特別之處在于它有兩個大桶，而不是只有一個，通過一個簡單的切換機制，每次構建可以使用兩種材料。該系統(tǒng)甚至配備了一個全自動的清潔步驟，以避免在材料之間轉(zhuǎn)換時出現(xiàn)交叉污染。

使用CeraFab控制軟件，材料可以在單個Z型層內(nèi)、在有明確邊界的層之間、在成分逐漸變化的層之間以及任何組合中進行組合，以獲得最大的設計自由。

△2M30的建造室。照片來自Lithoz。

△Multi 2M30多材料打印機打印成品。圖片來自Lithoz。