打破印表機技術與材料限制的解決方案
凱柏膠寶® 歐洲、中東和非洲地區產品管理部的 Thomas Wagner 博士說：「由於物理性質上的限制， 大多數的經典3D線材印表機都不適合用於處理軟TPE 材料。此外，根據特殊3D列印材料製成的原型，只能 得出與標準注射成型或擠出化合物性能相關的有限結 論。我們面臨的挑戰是如何精確分析用軟質TPE材料 進行熔合沉積建模的先決條件。為了找到合適的解決方 案，我們必須學會如何分開印表機的技術限制與材料的 限制。」 能同時處理多達四種材料 經由測試結果證明，法國3D印表機製造商Pollen AM的顆粒增材製造(PAM)系統提供了理想的技術。使 用該公司所推出的PAM顆粒印表機系列，即使是加 工非常柔軟的TPE也能產生極其精細的表面，同時還 能處理多達四種材料。通過這種方式，將有可能使用 TPE與塑膠（例如聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁二烯-苯 乙烯(ABS)或聚醯胺(PA)），製作出典型的軟硬多組 分複合材料。 最高可實現同類射出成型品顯示值的50％ Pollen AM 的運營主管 Didier Fonta 解釋說：「我們 的PAM印表機可確保最短停留時間，避免影響軟彈 性體的特殊優勢，這還確保提供理想的剝離強度，尤 其適用于低肖氏硬度範圍熱塑性彈性體的多組分應 用。」凱柏膠寶 ® 和Pollen AM共同進行的列印測試 令人信服。根據具體的工藝參數，其印表機最高可實 現同類射出成型品顯示值的50％。這意味著要仔細選 擇和加工所提供的TPE化合物，代表著該技術既適用 於生產演示樣品，也適用於生產功能性原型，因此能 夠降低開發新應用的成本。

結語
在凱柏膠寶 ® 產品組合中，幾乎所有的熱塑性彈性體 都可用作在PAM顆粒印刷機上直接加工的材料，因 此不需要特殊的化合物。此外，在PAM顆粒印表機 的3D列印過程中，可保持材料的所有性能，尤其是它們與各種熱塑性塑膠的包膠性。生產過程中可能產 生的殘留物將可以在當地的廢物流中回收。

關於Pollen AM Pollen AM
Inc.成立於2013年，總部位於巴黎的塞納 河畔納伊，現已發展成為3D印表機領域的領先製造 商，這些印表機是塑膠和金屬顆粒免工具加工的理想 選擇。該公司的顆粒增材製造(PAM)印表機可採用熔 融沉積建模(FDM)同時處理多達四種材料，解析度高達40µ。■

這篇文章 3D列印也適用於加工超軟TPE化合物 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

前言

為什麼會這樣？
無論是列印義肢，還是想現場製造橋樑的一部分，或者 列印汽車零部件。存在的重大挑戰是增材製造過程中的 可靠性和可預測性，這些障礙也給產品的品質認證帶來 制約，並限制了3D列印擴展到更廣闊的工業領域。所 以，對於企業來說買了昂貴的設備只是第一步，還需磨
練內功駕馭從材料到建模以及加工製程，其中“如何通 過仿真模擬來獲得可靠的設計？”，“仿真模擬如何增 強增材製造設計的穩定性？我們能不能第一次就列印出 想要的產品？”是企業需要面臨的一大挑戰。獲得所需 的金屬增材製造部件通常需要多次列印測試，既昂貴又 費時。零件越大越難列印。究其原因，不是印表機的品 質問題，而是金屬列印工藝的複雜程度和多方面因素影響。

3DXpert可以幫您實現
• 儘量減少構建嘗試的次數
• 預防印表機損壞的風險
• 在同一個環境中設計&驗證構建
• 縮短設計和模擬反覆運算的時間

在3D列印中，模擬在不同的環節都可以發生作用： 生成功能性產品的設計，生成晶格結構，校準材料， 優化生產工藝，以及優化關鍵部位的性能表現。
增材製造的優勢是獨一無二的，從説明設計人員打破 傳統製造約束的限制，激發設計師的的設計水準到新 的高度。這些都以滿足工程要求的性能為目標，而不 需要犧牲零件的強度或性能。輕量化就是一個很好的 例子。增材製造還提供了創建極其複雜的內部晶格結 構的能力，這是完全不可能通過傳統的製造技術來獲 得。輕量化使得額外的零件重量減少，通過拓撲優化 的晶格，不但在晶格大小方面可以實現豐富的漸變風 格以滿足不同區域的材料分配要求，還可以實現不同 區域不同形狀的晶格結構，以實現對應的力學要求。 某種意義上，小編看來材料變得“可程式設計”。

3D列印成品
“可程式設計”的材料，以金屬合金為例，高強度的 雷射被應用到粉末床上，沿著電腦輔助設計的軟體模 型引導的路徑來層層熔化金屬。融化的金屬粉末冷卻 凝固又與新一層冷卻凝固的金屬結合在一起，這其中 的相變，冷卻率，列印速度等機械加工參數都引導冶 金和微觀結構的變化。這些增材製造出來的零件，比 傳統的製造方法如鑄造的力學性能強。然而，這與多 尺度、多物理性質的製造工藝有關。通過模擬軟體，可以實現金屬微觀力學行為的物理特徵呈現，使得對 設計的模型在增材製造過程中將要發生的微觀變化實 現更好的控制。
除了材料的特性化，增材製造工藝本身可有潛在的設 計與製造不相符的風險。在設計的部分中，不考慮無 應力或扭曲的發生，並以標準材料定義的方式分配而 不考慮合金的金屬加工屬性。然而，在增材製造過程 中，是個熱傳導的過程，殘餘應力的產生，發生扭曲， 以及材料的變化在過程中都會發生。

位移分析
這時候你就需要一個強大的工具來研究工藝參數如影 響沉積的路徑，構建方向和熱強度。通過軟體來研究 如何優化殘餘應力，降低部分扭曲和改變材料的熱 加工行為，使得材料滿足零件的靜載荷、動載荷、 振動性能。3DXpert構建模擬和分析工具作為設計環 境的組成部分，使用戶在發送列印任務之前快速、精 准地發現並修復增材製造問題。3DXpert構建模擬是 3DXpert軟體的一部分，一站式軟體解決方案簡化了 從設計到最終部件的整個金屬增材製造工作流程。
最後，你還需要考慮在零件的疲勞壽命，有限元模擬 為增材製造的部件材料的疲勞壽命提供評估，使得從 設計階段開啟零件的完整生命週期的有效把控。很多人把有限元分析與模擬等同起來，其實，有限元分析 是一般模擬軟體使用的方法，有限元分析軟體是對結 構力學分析迅速發展起來的一種現代計算方法軟體。

而金屬增材製造設計過程中對力學性能的模擬與優化 直接成為設計的成功與否的關鍵因素。作為3DXpert 軟體解決方案的一部分，3DXpert構建模擬是設計環 境的組成部分。説明您根據模擬結構輕鬆修改和修復 設計，無需在多個軟體之間來回切換。之後您可以再 次運行模擬功能，驗證變更，保存分析結果到設計檔 中。

重新鋪粉干涉分析
逐層模擬結果立即回饋給您。檢測到問題後，您可 以立刻修復它，無需等待整個模擬結束，從而縮短 反覆運算時間。模擬計算需要極大的計算能力，因此 3DXpert構建模擬允許您轉移這些計算到一台專用電 腦進行，此電腦可與辦公室其他3DXpert用戶共用使 用。您可以繼續工作，模擬繼續運行，每層的模擬結 果可以馬上發送給您。
3DXpert構建模擬是3DXpert工作流的一個關鍵因 素，是您成功列印的保障，省去耗時和高成本的反覆 運算。在3D科學谷看來，軟體的應用將是3D列印的終極PK，科技大學在設置3D列印專業的時候， 亦需要考慮軟體領域的課程內容配置以及學分比重。
包括3D的設備廠商，軟體將充分挖掘設備的潛力， 設備廠商將轉型為基於軟體的行業方案解決商。讓我 們共同期待，國家支援增材製造行業不要升級當前的 3D列印浮躁風氣，國家不僅關注硬體的硬實力，還 關注軟實力。
賴齊宏－冠齊科技有限公司 總經理

專長：3到5軸NC程式設計與培訓
塑膠模具CAD、CAM、PLM、 ERP、MES 超過25年模具製造經驗

聯絡方式
郵箱：3dscimatron@gmail.com 網址：www.cimatron.co ■

這篇文章 3D金屬列印模擬的終極PK 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

改善性能
為了改善PLA基FDM零件的熱性能和力學性能，我們
研究了碳納米管（CNTs）作為短纖維填料的應用。此 外，我們研究了碳納米管濃度對3D打印零件的結構 和後續特性的影響。最後，為了奠定性能優化的基礎， 我們提出了一種使用非幾何過程參數的方法。使用參 數——體積流速——能夠在給定的層厚和打印速度下 影響打印複合材料的微觀結構。我們選擇碳納米管作 為增強材料，因其具有優良的機械性能、熱學和電學 性質。此外，CNT可以以粉末形式獲得，因此可以直 接混入PLA中並擠出成FDM打印機的原料絲。
這個過程不同於其他連續纖維複合材料打印過程， 為此需要專門的打印機並使用特殊的聚合物（例如 Markforged）。在 3D 打印零件中，打印路徑的寬度 （參見圖1）取決於打印流速、打印噴嘴的速度（相 對於打印基板）以及噴嘴和打印基板之間的間隙。因 此，我們使用無量綱體積流量（Qr）來預測3D打印 零件的微觀結構。
該參數被定義為實際體積流量與理想體積流量的比率 （即在打印噴頭的給定相對速度下完全填充噴嘴和打 印基板之間的給定間隙所需的流率）。​Qr特別重要， 因為它有助於描繪出“欠流量（Qr<1）”和“溢流 量（Qr>1）”區域。這些值可以預測 3D 打印 PLACNT複合材料的微觀結構，從而預測其力學性能。對於一個固定的打印路徑距離，Qr>1會導致更寬的頸 部，而Qr<1會導致頸部變窄或者路徑之間缺乏粘接： 參見圖1（a）和（b）。
在沒有CNT的情況下，我們發現PLA樣品的楊氏模 量和拉伸強度隨著Qr的增加而增加。我們將這個結 果歸因於PLA單絲之間空隙率的減少和絲之間更好 的結合。然而，在CNT-PLA樣品中，我們觀察到在 Qr接近1處（Qr≥1）楊氏模量和拉伸強度最高。純 PLA和不同CNT含量的CNT-PLA樣品的趨勢對照如 圖2中所示。在純PLA中，我們發現增加底部填充樣 本的體積流量（Qr<1）可以減少打印路徑之間的空隙 率，從而提高了處於拉伸狀態的單個打印路徑之間的 應力傳遞。
理論上，隨著體積流量的增加，熔融裝置內的剪切速 率也應該增加，從而導致更高程度的CNT取向從而 具有更高的模量。然而，我們觀察到相反的CNT取 向趨勢，這是由於過度填充（Qr>1）導致CNT取向 的隨機化。為了量化CNT的取向程度，我們對所製 造的樣品的打印路徑和其路徑交叉點處進行X射線衍
射分析。為此，我們使用了單層FDM樣品2D衍射圖 的方位環積分的半峰全寬（FWHM）測量。如圖2所 示，CNT排列的程度隨著Qr的增加而減小。這個結 果與直覺恰恰相反，因為更高的Qr將導致更高的壁 剪切率，從而有更高的對準度。如圖1（a）和（b） 所示，這些實驗觀察可以通過流動和幾何誘導效應的 結合來解釋。此外，圖2顯示，與打印路徑中心相比， 相鄰路徑交叉處的碳納米管排列較少。
由於靠近熔融裝置內壁有較高的剪切速率，在交點處 預期有較高程度的CNT排列。但是，我們在實驗結 果中沒有觀察到這一點。我們將碳納米管在交叉處取 向的降低歸因於其在噴嘴中的聚集。對於給定的體積 流量，流速隨著橫截面積的減小而增加。這種流速的 增加導致拉伸變形，這進一步使CNT在核心處對齊， 從而有助於解釋觀察到的趨勢的增加而增加。
我們將這個結果歸因於PLA單絲之間空隙率的減少和 絲之間更好的結合。然而，在CNT-PLA樣品中，我 們觀察到在Qr接近1處（Qr≥1）楊氏模量和拉伸強 度最高。純 PLA 和不同 CNT 含量的 CNT-PLA 樣品的趨勢對照如圖3中所示。在純PLA中，我們發現增 加底部填充樣本的體積流量（Qr<1）可以減少打印路 徑之間的空隙率，從而提高了處於拉伸狀態的單個打 印路徑之間的應力傳遞。 理論上，隨著體積流量的增加，熔融裝置內的剪切速 率也應該增加，從而導致更高程度的CNT取向從而 具有更高的模量。然而，我們觀察到相反的CNT取 向趨勢，這是由於過度填充（Qr>1）導致CNT取向 的隨機化。

總結
我們基於擠出的FDM方法探索了CNT-PLA複合材料 的3D打印。通過研究體積流量和碳納米管濃度的影 響，我們發現無量綱體積流量（Qr）是了解FDM零 件的微觀結構和製品力學性能的重要參數。在我們未 來的工作中，我們打算對其他功能填料（例如氮化硼 納米管和纖維素納米纖維）使用類似的方法來探索類 似體系中結構-工藝-性能之間關係。■

這篇文章 3D打印碳納米管聚合物複合材料結構-性能關係 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

單位研究內容介紹

東莞理工學院東莞市3D打印技術重點實驗室致力於齒 科3D打印的研究，自主研發了兩款DLP面成型3D打 印機。一款名為“莞工一號”，可打印各類光敏樹脂， 如陶瓷牙科材料、鑄造材料、柔性材料等不同類型； 一款名為“莞工二號”，專應用於生物陶瓷，可打印氧 化鋁、氧化鋯、羥基磷灰石等材料。除了設備開發，本 單位還研製功能型生物相容性口腔材料，並提出了多種 3D打印技術應用解決方案，重點服務於牙科行業。

一、應用型DLP面成型3D打印機
莞工一號（首圖左） 東莞理工學院推出的全新DLP技術3D打印機，定位 口腔醫學、珠寶設計等高精度打印需求行業。配置進口 專業級光學引擎，超長使用壽命，快速成型，打印速度 是市面上打印機的一倍。擁有多項精密技術保證打印精 度。莞工一號支持市面上出售的405波長的光敏樹脂， 使用者只要按照步驟簡單調節就可達到想要的精度。

配備多種算法調節畸變：
1.光強控制系統：獨特的光強控制系統，通過算法持續 反饋調節，保證輸出光強持續穩定，使打印更精細、打 印效果更完美、運行穩定性更強。
2.光輻照度均勻化控制：光學引擎經過嚴格的光輻照均 勻化矯正，確保每個成型區域光強都處於±5個級別的 誤差範圍內，最大限度的使成型區域的光強均勻。
3.灰度補償功能：控制軟件配備了灰度補償功能，使用 灰度補償算法，補償投影的細微鋸齒，使鋸齒在原來的 基礎上細化10倍，大幅度減少模型邊緣“梯田”狀，使 成型表面更細膩。
4.畸變矯正算法：控制軟件配備畸變矯正算法，包含枕 形矯正、桶形矯正等多種畸變矯正，糾正形狀畸變，使 成型精度更高。
莞工二號（首圖右） 東莞理工學院針對陶瓷漿料的特性推出的全新DLP技術 陶瓷3D打印機，定位口腔醫學、航空器件等特殊材質打印需求行業。根據陶瓷漿料密度大，易沉澱等特性， 從機械方面突破這些難關，實現陶瓷漿料打印。內置 刮刀、循環攪拌系統等多種功能實現陶瓷打印。

陶瓷打印優化功能：
1.刮刀及循環攪拌系統 為防止陶瓷漿料中的陶瓷顆粒沉澱，特意添加刮刀， 每層打印過程刮刀通過吸收材料入循環系統到攪拌裝 置中攪拌，同時送回攪拌過的材料，使陶瓷顆粒處於 運動狀態，保證材料均勻性，從而確保模型精度，及 模型各部分性能。
2.高精度導軌 高精度Z軸導軌實現精細層厚控制，獨特定制10μm -150μm的控制，根據材料特性，定制打印層厚，實 現材料最佳打印效果。
3.專業化成型平台 平台使用特殊工藝處理使成型樣件緊密貼合平台，極 大減少陶瓷打印中的掉版現象。
4.緩衝剝離料槽料槽透光面使用特殊材料製作，具有緩衝作用，削弱 成型樣件剝離時離型力的作用效果，使成型樣件剝離 更加輕鬆，實現‘0’損失剝離。

二、功能型生物相容性口腔材料
研製功能型生物相容性口腔材料，使材料具備抗菌性 能的同時，對人體細胞無傷害效果，改善口腔環境。 其中利用納米Ag等的納米材料的殺菌效果，製作成 材料中的抗菌成分，保障了口腔細胞安全。
三、DLP面成型3D打印應用解決方案 本單位針對口腔行業數字化發展需求，致力於牙科 3D打印解決方案的研究。數字化牙科解決方案：1.個 性化義齒解決方案；2.隱形正畸解決方案；3.術前準 備解決方案；4.個性化口腔修復體解決方案；5.個性 化口腔醫療器械解決方案。
製作樣品展示 (請參考下方四張圖)■

這篇文章 DLP面成型—齒科3D打印設備研製及應用 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。