多材料3D打印技术获突破！Lithoz陶瓷3D打印机功能升级，开启多功能件制造新未来

导读：Lithoz是工业陶瓷3D打印机的龙头开发商，自2020年推出CeraFab Multi 2M30系统以来，它一直在寻求突破多材料3D打印的桎梏。

2022年5月9日，南极熊获悉，Lithoz公司这款基于光刻技术的陶瓷制造（LCM）设备——2M30已经实现了多材料打印，即它能够同时用两种材料进行打印，这包括陶瓷-金属、陶瓷-聚合物和陶瓷-陶瓷的组合。

然而，与传统的多材料系统不同，Multi 2M30的设计是为了促进正处于萌芽阶段的功能分级结构领域的发展。Lithoz选择开发的这一独特方向为开发航空航天、电子、能源、医疗保健等领域的新型应用铺平了道路。该机器甚至可以作为一个开放系统，供客户开发自己的材料。

△一个使用氧化锆增韧氧化铝和氧化铝3D打印的齿轮，每个区域都有不同的强度特性。照片来自Lithoz。

多材料3D打印的衍生应用

除了简单地实现多材料部件，2M30还可以用来3D打印功能分级结构。通过同时使用两种材料进行打印，该系统可以对构建的成分和微观结构进行逐步的改变。从本质上讲，零件的一个部分可以用一种材料打印，另一个部分用另一种材料打印。两种材料甚至可以在单层内结合，从而产生具有不同机械和功能特性组合的部件。

那么，什么样的性能是可能实现的呢？由于Lithoz广泛的材料生态系统，部件可以被设计成多孔和致密、生物可吸收和生物惰性、硬和韧性、导电和绝缘（热和电）、磁性和非磁性、透明和不透明，以及多色。

例如，一个汽车部件可能被要求在一端承受拉伸载荷，在另一端承受压缩载荷。像这样的部件会根据负载区受到不同的力，所以它需要定制的分级性能组合，如抗拉强度和韧性，以优化其性能。2M30可以同时采用匹配两种不同需求的材料打印两端，而不是用单一材料3D打印分级部件或将其打印成需要组装的两个独立部件。

多材料3D打印的另一个主要市场是电子行业，其中导电/非导电构建将具有很大的价值。Multi 2M30的客户可以用导电金属3D打印设备的电气触点，用不导电的陶瓷材料3D打印绝缘外壳，在不损失任何功能的情况下将组件整合成一个整体部件。介质材料也可以堆叠在一起，在上面甚至在部件内部刻上印刷电路，从而形成密集的3D电路。

复合半导体应用（CSA）Catapult公司已经意识到该机器巨大潜力，它最近从Lithoz购得了英国第一台Multi 2M30。作为一家由威尔士政府支持的研究机构，CSA Catapult将在今年晚些时候投入使用后，并计划利用该打印机开发以前不可能实现的半导体设备多材料部件。

CSA Catapult的封装主管JayakrishnanChandrappan博士解释说："CeraFab Multi 2M30 3D打印机是DER投资的最先进设备的一部分，是对我们先进半导体集成和封装能力的宝贵补充。这次收购将帮助我们开发用于大功率和高频率微电子封装的新型3D打印多材料部件，多材料打印设备将推动节能、紧凑和经济的封装。"

CSA Catapult进行的研究将有助于开发以前无法实现的3D打印的新应用，正如莱奥本大学的研究人员所显示的那样，他们与Lithoz一起，成功地利用2M30的功率制造了有史以来最坚固的3D打印氧化铝。

△铜和氧化铝基玻璃陶瓷在Multi 2M30上3D打印。照片来自Lithoz。

CeraFab Multi 2M30：它是如何工作的？

Lithoz公司的LCM工艺，被一些人视为陶瓷AM的行业标准，是大桶光聚合的一种变化。构建平台被放入一大桶含有陶瓷的液体中，也就是所谓的浆料，并通过数字微镜设备（DMD）有选择地从下面暴露在光线下，使构建的第一层的截面固化。这个过程逐层重复，直到3D零件打印完成，部件在打印后还必须进行烧结以获得力学性能。

与该公司的其他3D打印机不同，CeraFabMulti 2M30的特别之处在于它有两个大桶，而不是只有一个，通过一个简单的切换机制，每次构建可以使用两种材料。该系统甚至配备了一个全自动的清洁步骤，以避免在材料之间转换时出现交叉污染。

使用CeraFab控制软件，材料可以在单个Z型层内、在有明确边界的层之间、在成分逐渐变化的层之间以及任何组合中进行组合，以获得最大的设计自由。

△2M30的建造室。照片来自Lithoz。

△Multi 2M30多材料打印机打印成品。图片来自Lithoz。