多材料 3D 打印能否成为 AM 的下一步？

多材料 3D 打印是一种创新的增材制造技术，可以创建具有不同材料和特性的物体。通过增加零件的复杂性，多材料 3D 打印可以大大增强零件的性能和功能。因此，该技术为设计和生产开辟了全新的可能性范围，并且能够创造原本不可能实现的物体。

目前，可以使用一系列塑料、聚合物甚至有机硅进行多材料 3D 打印，使其成为制作逼真的全彩原型和概念模型的理想解决方案。在本教程中，我们将深入探讨多材料 3D 打印的优势、当前可用的工艺以及最常见的用例和应用。

多材料3D打印的优势是什么？

多材料 3D 打印的主要优势之一是复杂的零件具有 在一次打印过程中可以创建不同的材料属性。这与单一材料零件不同，单一材料零件需要组装以创建具有不同材料属性的零件。因此，多材料 3D 打印可以减少生产物体所需的步骤数量，从而加快产品开发周期。

设计师和制造商还可以从多材料 3D 打印中受益匪浅，因为在一个零件中结合不同的材料特性（如半透明和刚性）可以将设计验证和功能测试提升到一个新的水平。

在 3D 打印中使用各种材料的另一个优势是能够创建颜色渐变。通过以各种比例混合材料，可以实现不同的颜色组合和色调，无需后续绘画——节省后处理阶段的时间。

多材料 3D 打印如何工作？

通过多材料 3D 打印，可以在单个 3D 打印对象中使用不同的材料。然而，虽然多材料 3D 打印目前能够处理热塑性塑料和聚合物等材料，但目前尚无法结合不同的金属或陶瓷。

如今，Stratasys 和 3D Systems 等公司提供用于原型设计和建模的多材料 3D 打印解决方案。例如，Stratasys 的 Connex 多材料系统提供以下打印选项：

• 混合托盘 ：此选项允许您在单个构建中同时生产由不同材料组成的多个零件 - 因此具有不同的属性。对于需要大批量原型制作的公司来说，混合托盘选项可能是一个理想的选择。
• 混合部分： 多材料 3D 打印机还可以在特定区域打印具有不同属性的零件。此外，将材料组合到一个部件内无需随后组装单独的部件。
• 数字资料： 数字材料是通过混合两种或多种材料制成的，可用于创建具有改进的属性和外观的对象，如果使用单一材料 3D 打印零件则无法实现。

多材料 3D 打印使用了哪些技术？

目前，材料喷射是多材料3D打印最常用的技术。通过材料喷射，打印头会沉积在紫外线 (UV) 光下固化的感光材料（或材料的混合物或不同材料的混合物，通过不同的打印头）液滴。然后使用此过程逐层创建零件。

Stratasys 和 3D Systems 是基于材料喷射技术的多材料 3D 打印机的领先制造商。例如，Stratasys 的 Connex™ 3D 打印系统通过在 3D 打印过程中喷射两种或三种不同的塑料材料来工作。这导致完成的零件同时具有不同的特性（如刚性和柔韧性）。

哪些材料可用于多材料 3D 打印？

目前，用于多材料 3D 打印的最广泛可用的材料选择是基于丙烯酸的光聚合物树脂以及硬塑料和弹性体的复合材料。例如，3D Systems 去年推出了一款新的大幅面多材料 ProJet MJP 5600 3D 打印机，它与一系列塑料树脂及其组合一起使用，以创建具有多种材料特性的完全组装的原型和复杂的几何形状。

尽管材料的机械性能可能会有所不同，但 3D 打印材料的进步意味着也可以使用工程级复合材料。

多材料 3D 打印的最新创新之一是硅胶 3D 打印，该技术由 ACEO® 开发，ACEO® 是瓦克化学股份有限公司的子公司，也是 RP Platform 的长期用户。 ACEO® 的创新硅胶技术能够生产具有不同颜色、硬度和特性的硅胶部件。一个有用的应用是制造具有绝缘和导电特性的有机硅，因为它们可用于制造具有集成导电性的组装部件。

多材料3D打印的应用

多材料 3D 打印的可能性确实是无穷无尽的，在消费、医疗和其他行业都有广泛的用例。

目前多材料 3D 打印主要用于产品开发。例如，游泳装备公司 Speedo 已使用该技术创建护目镜和其他游泳装备等产品，作为产品设计周期的一部分。使用多材料 3D 打印也可以创建其他产品，例如密封件、垫圈、轮胎和鞋底的功能原型，该技术用于在投入生产之前测试和验证产品的设计和功能。

由于多材料 3D 打印可以结合半透明和不透明材料，医疗行业已经采用该技术来创建用于教育目的的逼真解剖模型，以及用于术前计划和培训的患者特定模型。该技术还允许创建具有内部彩色结构的半透明部件，可用于可视化流体流动或测试医疗设备。

汽车、航空航天和其他行业的机械工程师可以使用多材料 3D 打印来创建具有最终产品外观（颜色、标签等）的功能原型。除此之外，多材料 3D 打印允许制造用于短系列注塑成型和工具的模具，而无需组装。

高级多材料 3D 打印的一个有趣元素是能够创建具有集成功能的零件，这对电子设备特别有用。 Nano Dimension Ltd. 最近在多材料 3D 打印墨水的开发方面取得了突破。导电和介电墨水现在可以同时用于制造电气功能部件、电路和天线。

挑战

虽然多材料 3D 打印目前主要用于原型制作，但它在生产由不同材料组成并具有机械性能组合的零件方面具有巨大的潜力。因此，目前正在进行研究，以探讨如何克服功能部件多材料 3D 打印的现有挑战。

难点在于开发可扩展且可重复的生产流程，以提供高质量的多材料终端部件。这对金属和陶瓷来说尤其具有挑战性，因为在共熔两种具有不同熔化温度和其他材料特性的材料时存在明显的物理限制。

然而，总部位于比利时的 Aerosint 公司声称已开发出一种独特的多材料粉末床工艺来生产末端零件，并能看到金属。该技术与聚合物一起使用，在体素水平上控制两种不同粉末的分布，然后将它们烧结在一起。

展望未来

另一个引人入胜的研究领域是多材料生物打印，它可能对组织工程、再生医学和生物传感等领域产生革命性的影响。

然而，今天，多材料 3D 打印为产品开发和验证测试提供了巨大的机会，因为该技术能够创建具有不同属性的逼真 3D 打印模型和原型。

最终，多材料 3D 打印的下一步将是如何成功地转向生产具有集成功能和增强机械性能的末端零件。这一发展领域已经在研究方面开展了大量活动，它将把增材制造的潜力扩展到新的领域。