飞驰球磨助力3D打印的材料预处理
时间：2024-03-27 阅读：724
3D 打 印
在3D打印技术出现以前，我们所熟知的制造工艺多遵循“从大到小”的原则，即通过从原材料上去除多余的材料从而获得零部件，例如操作机床对材料进行车削、铣削等。
3D打印（即增材制造），其原理与上述方法相反，通过将三维数字模型切割为薄片，然后逐层打印，通过叠加最终形成一个完整的实体。该制造过程没有其他中间环节，流程更加简洁、设计更具灵活性，并且能够减少对材料的浪费。目前，该项技术已广泛应用于医疗保健、航空航天、汽车制造与教育等多个领域。
3D打印与材料预处理
对于3D打印，合适的材料是关键要素之一。在打印过程中，材料需要经过加热达到熔点，并通过打印机喷嘴喷射出来，从而逐层完成实物的叠加成型。
材料的初始粒径是至关重要的参数。反应物的初始粒径越小，用于熔化材料以及后续打印所需的能量越少，因此，在实际打印开始前，使用粒径尽可能小的材料作为原料，在提高3D打印的效率、减小能量损耗方面具备明显优势，这也能说明，材料预处理对于3D打印的必要性。
FRITSCH研磨在3D打印中的应用
1、纳米级研磨与新材料开发
l 纳米级研磨
在3D打印领域，FRITSCH的行星式球磨机是将材料加工至纳米级的理想设备。
以国际空间站中的金属材料打印为例，多年来，国际空间站作为实验平台，旨在减少对地面任务控制中心的依赖，更多地依靠现场数据处理和制造。通过使用在地球上经预处理的材料粉末，实现在空间站内的3D打印，可协助站内获得更多的备用零件，而不仅仅依靠后续火箭补给，该方案同样能够为空间站的打印过程节约宝贵的能源。
l 合金材料的开发
通过FRITSCH应用实验室的调查发现，在3D打印的领域内，有许多关于新材料的研究。特别是合金材料，其相关应用正在受到更加密切的关注。
这些应用的首要目标并不是粉碎，而是开发与生产复杂金属化合物。从原子水平上来看，当样品内部存在强烈、长期的应力时，更易获得极均质材料（例如无定形铌酸镍化合物）。FRITSCH的行星式球磨机不仅能够进行纳米级研磨，而且能够应用于机械合金化，是合金材料开发的理想选择。
行星式球磨机PULVERISETTE 5加强型
行星式球磨机PULVERISETTE 7加强型
研磨细度：纳米级
l 研磨罐转速分别达到1600rpm与2200rpm
l 分别适用于大量样品（15-450ml）与少量样品（1-60ml）研磨
l RFID芯片可检测研磨罐材质，避免误操作
l 充气盖实现惰气环境下研磨
l EASY GTM系统，压力、温度变化轻松监测
应用举例：使用PULVERISETTE 7加强型对用于航空航天的陶瓷粉末进行纳米级研磨
实验方案：
研磨罐 | 不锈钢研磨罐（ZrO2内衬） |
研磨球 | 0.5-2mmZrO2研磨球 |
转速 | 1100rpm |
实验结果：对陶瓷颗粒进行纳米级研磨，研磨后材料粒径显著降低，均匀性显著提高，样品D10到D90的粒度分布曲线如图1所示，该成果有利于后续相关工艺的进行，从而使所制造的超级电容器器件具有良好的烧结密度，如图2所示。
图1 钛酸钡研磨前后粒度分布曲线图（蓝色-研磨前；黄色-研磨后）
图2 烧结超电容装置扫描电子显微图
2、3D打印材料回收
对于3D打印的环境问题，不规则塑料碎片是我们关注的焦点。然而，由于许多塑料在经历了若干次相变后，仍然保持特性不变，因此，对这些材料进行重复利用不失为一个合理、环保的选择。
FRITSCH的通用型切割式研磨机PULVERISETTE 19可以进行转速调整，非常适用于3D打印废料的回收。另外，重型切割研磨机PULVERISETTE 19 LARGE的大容积进料漏斗可以对初始粒径高至12cm的样品进行研磨。
通用型切割式研磨机PULVERISETTE 19研磨前后的塑料废品：
通用型切割式研磨机PULVERISETTE 19
研磨细度：0.2-6mm
l 转速可调，可在300-3000rpm或50-700rpm两种型号中选择
l 双列圆锥轴承保证转刀的稳定运转，有效增长转刀及轴承的使用寿命
l 选配旋风收集器，进料更轻松，高效粉碎并降低样品的热负荷
l 可实现清洁拆装全手动，操作便捷、清洁
应用举例：使用切割式研磨机对PET制品进行研磨
实验方案：
配置/研磨阶段 | ① 预研磨 | ② 精细研磨 |
转速 | 300-3000rpm | |
转刀 | 硬质金属碳化钨V型刀 | |
筛盒 | 4mm方形筛盒 | 0.5mm梯形筛盒 |
研磨时间 | 1min | 8min |
样品研磨前后对比：
3、多类型样品的研磨
3D打印应用于众多领域，采用的材料多种多样，除了金属、塑料等，像砂糖这样的食品也可以作为原料。
FRITSCH的可变速高速旋转粉碎机PULVERISETTE14加强型可以满足多种材料的研磨需求，能够在一台仪器中提供冲击、剪切和切割粉碎功能，其强大的电机可以对软至中硬，脆性、纤维材料以及温度敏感性样品进行研磨，例如塑料、合成树脂、纸材或糖类等。
可变速高速旋转粉碎机PULVERISETTE14加强型研磨前后的塑料样品：
可变速高速旋转粉碎机PULVERISETTE14加强型
研磨细度：0.08-6mm
l 转速高达22000rpm，粉碎更强劲，处理更快速
l 多功能研磨，可根据样品选择冲击转刀或切割转刀
l 选配旋风收集器，进料更轻松，高效粉碎并降低样品的热负荷
l 触摸屏操作简便，电机负载、系统温度实时显示，确保可控性
应用举例：使用PULVERISETTE14加强型对聚丙烯颗粒剂进行研磨
实验配置：
转速 | 18000rpm |
转刀 | 不锈钢切割转刀 |
筛圈 | 0.5mm梯形筛圈 |
选配 | 高能旋风收集器 |
研磨时间 | 32min |
样品研磨前后对比：
FRITSCH作为材料预处理专家，能够为3D打印的实现打好基础、建立优势，同时也能够在化学分析、材料研究、药物制备、环境保护等多个领域绽放光彩。