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        北京工業(yè)大學(xué)3D打印中心攻克我國陶瓷3D打印“卡脖子”難題


        來源:北京工業(yè)大學(xué)

        [導(dǎo)讀]  北京工業(yè)大學(xué)3D打印中心陳繼民教授團隊與康碩電氣進行聯(lián)合技術(shù)攻關(guān),自主研制出大尺寸陶瓷型芯3D打印機和高性能陶瓷成形材料。

        中國粉體網(wǎng)訊  近年來,隨著我國科技水平的提高,航空發(fā)動機技術(shù)取得了巨大的進步,極大地提升了飛機的性能。與此同時,通過復(fù)雜氣冷內(nèi)腔結(jié)構(gòu),改善渦輪葉片散熱能力已成為先進發(fā)動機制造的關(guān)鍵,而陶瓷型芯是制造這種內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的核心部件。內(nèi)腔形狀越復(fù)雜,冷卻效果越優(yōu)異。而傳統(tǒng)方法往往難以加工內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陶瓷型芯,陶瓷3D打印技術(shù)成為解決這個難題的有效方案。目前,陶瓷型芯3D打印設(shè)備和材料主要掌握在美國、德國、法國、奧地利等少數(shù)幾個發(fā)達國家手中,相關(guān)核心技術(shù)和方案成為制約我國陶瓷型芯3D打印發(fā)展的“卡脖子”難題。


        為打破國外壟斷,北京工業(yè)大學(xué)3D打印中心陳繼民教授團隊與康碩電氣進行聯(lián)合技術(shù)攻關(guān),自主研制出大尺寸陶瓷型芯3D打印機和高性能陶瓷成形材料。目前,設(shè)備已經(jīng)投入工業(yè)化生產(chǎn),填補了陶瓷型芯3D打印設(shè)備國內(nèi)空白,為陶瓷3D打印的國產(chǎn)化鋪平了道路,實現(xiàn)了設(shè)備-材料-工藝閉環(huán)鏈條的自主可控。相關(guān)技術(shù)對3D打印陶瓷行業(yè)實現(xiàn)我國航空航天、生物醫(yī)療、機械電子領(lǐng)域關(guān)鍵零部件制造的國產(chǎn)化具有重大意義,將促進我國陶瓷3D打印工具軟件、裝備、材料與服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈的健全和健康發(fā)展,為打破國外技術(shù)壟斷,解決我國陶瓷型芯的“卡脖子”難題,具有積極的戰(zhàn)略意義。


        從項目啟動到功能實現(xiàn)、安裝測試及試運行,最后總體驗收,歷時2年,北京工業(yè)大學(xué)與康碩科研人員緊密合作,密切配合,克服了疫情的影響,通過了有關(guān)部門組織的專家的鑒定。


        本設(shè)計并制造了國內(nèi)最大的陶瓷型芯3D打印設(shè)備,填補了我國陶瓷型芯3D打印設(shè)備的空白。設(shè)備具有打印幅面大,打印零件燒結(jié)后產(chǎn)品致密接近100%理論密度,力學(xué)性能好,研制的打印材料滿足陶瓷型芯的要求。并可根據(jù)用戶需求進行定制開發(fā)。


        通過自主研發(fā),研制出具有完全知識產(chǎn)權(quán)的陶瓷型芯3D打印裝備,取得了多項的專利和軟件著作權(quán)。該設(shè)備采用的智能掃描算法,開發(fā)的分層掃描軟件,可進行無支撐結(jié)構(gòu)制造。同時,此算法可大大縮短掃描時間,提高設(shè)備的打印速度。同時,整套設(shè)備采用專利技術(shù)(一體化拓撲優(yōu)化)設(shè)計方法,減輕了設(shè)備的重量,提高了運行速度,降低了生產(chǎn)成本。通過自行開發(fā)的與設(shè)備相匹配的專用陶瓷3D打印材料,徹底擺脫國外進口設(shè)備與材料相綁定的卡脖子問題,大大降低了使用成本。


        依托于北京工業(yè)大學(xué)3D打印中心陳繼民教授研發(fā)團隊,自主研發(fā)的陶瓷3D打印設(shè)備,應(yīng)用領(lǐng)域適用于精密鑄造、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。目前,尚無同類型國產(chǎn)陶瓷型芯成形設(shè)備及配套陶瓷材料。本項目中所開發(fā)的設(shè)備采用多項具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù),提出并實現(xiàn)了陶瓷3D打印新方式,填補了國內(nèi)陶瓷3D打印的多項空白。研發(fā)的陶瓷打印材料、陶瓷型芯3D打印工藝,處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。另外,項目開發(fā)的3D打印設(shè)備的主要性能指標,達到了國際先進水平,打破國外技術(shù)壟斷,提高了國產(chǎn)陶瓷3D打印產(chǎn)品品質(zhì),為航空發(fā)動機陶瓷型芯的制造提供了技術(shù)支撐。



        陶瓷3D打印設(shè)備成品圖


        陶瓷作為3D打印領(lǐng)域的新興材料,具有一個非常龐大的市場。根據(jù)SmarTech Publishing對市場前景的預(yù)估,過去十年是陶瓷3D打印技術(shù)在實驗室或者小批量試驗的階段,到2028年,陶瓷3D打印產(chǎn)品的產(chǎn)值有望增長到11億美元。


        陶瓷3D打印的應(yīng)用前景非常廣泛,涵蓋科研、醫(yī)療、工業(yè)、建筑及首飾等,尤其是具有許多有利性能的高級陶瓷材料更是航空航天及國防等領(lǐng)域需要的材料,如3D打印航空發(fā)動機及燃氣輪機空心葉片陶瓷型芯等,項目中所研制的陶瓷3D打印設(shè)備具有極高的應(yīng)用價值和工程意義。


        目前,由北京工業(yè)大學(xué)和康碩聯(lián)合研發(fā)的KSJT-3D型陶瓷3D打印設(shè)備已經(jīng)量產(chǎn),并應(yīng)用于打印航空陶瓷葉片型芯制造、醫(yī)療定制骨科植入物制造、汽車陶瓷過濾器、珠寶奢侈品、柔性電子和半導(dǎo)體器件的薄微觀結(jié)構(gòu)等。相關(guān)設(shè)備和材料獲得從業(yè)人員和市場的認可,為陶瓷3D打印標準化、規(guī)范化、系統(tǒng)化提供了重要保障,設(shè)備和材料的關(guān)鍵技術(shù)和性能達到國際領(lǐng)先水平。


        (中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川)

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