3D打印又称增材制造、快速成型、无模成型等,是以数字模型文件为基础,通过逐层打印方式来构造三维空间实物的先进技术。目前,哈尔滨工业大学重庆研究院项目负责人、博士生导师杨治华带领团队围绕“先进陶瓷及其智能制造技术”取得重大突破,掌握了结构功能一体化陶瓷及其器件制备核心技术,特别是攻克了陶瓷3D打印“定制化”关键技术,能够针对不同器件和需求进行规模化加工生产。

杨治华介绍,团队掌握的陶瓷3D打印技术具备空间结构成型、低成本、周期短等诸多优势,譬如低成本,提高材料利用率近100%,且无需模具,可有效降低原型制造与模型开发成本。该技术可用于射频微波无源器件、多功能化共形传感器、复杂结构电路、复杂结构陶瓷部件等核心部件的制备生产。

以射频微波无源器件制备为例,传统制备方法采用干压、凝胶注模工艺,耗时耗力、生产成本高,且在复杂形状和任意结构的器件制备加工中存在较大局限性。而采用陶瓷3D打印技术,不仅成型精度高、设计便捷,还可满足射频器件向紧凑型、模块化、多材料的方向发展需求,特别适用于异形、结构一体化、薄壁、微通道等复杂形状及点阵结构加工。

更为重要的是,针对不同器件制备加工,杨治华团队利用“定制化”陶瓷3D打印技术可以实现规模化加工生产。

他介绍,对于倒模,丝网印刷等传统工艺而言,不同材料,不同结构以及不同性能都需要配套对应的模具、网板,在数量大的情况下,这些成本能被均摊。而定制化产品数量极少,单一配套的模具和网板成本高昂,极大的降低了产品利润。

“3d打印技术可针对不同材料、不同规格,甚至不同功能,都可以用同一套设备解决,没有附加网板和模具成本,极大地减少了制备成本,一个样品和几百个样品的成本几乎是一样的。”

以介质天线为例,3D打印技术只需要在计算机上建立电路模型,输出3D打印文件,然后直接进行电路打印,经过简单处理即可达到最终天线产品。

杨治华说:“整个流程下来,最快在一天内即可完成新天线的制作,可立即进行优化后天线的性能确认,从新型天线的设计、制作、验证整个流程上,时间会大幅度缩短。而传统技术需要等待网版制作,在优化天线结构的同时,不同的结构需要不同的网版,网版的设计、加工、运输周期会很长,网版制作完成后,还需要印刷,后处理,才可以进行验证。”

目前,杨治华团队围绕“先进陶瓷及其智能制造”除了开发出3D打印“定制化”技术之外,还掌握了粉末冶金技术和流延技术,团队已与国电南瑞科技股份有限公司等10余家企业达成横向深度合作意向。(孙启凡)