陶瓷3D打印技術在靜態混合器制備中的應用
靜態混合器是一種結構簡單而緊湊的節能設備，應用在化工等行業。它的作用類似于一個液體攪拌機，但是攪拌機是依靠旋轉的運動部件實現液體混合的，而靜態混合器則是在靜止狀態下的完成液體混合工作的。怎樣在靜止的情況下完成攪拌這種體力活兒呢？ 原來是靜態混合器內部巧妙的結構起到了關鍵作用。
但是，這種巧妙的內部結構非常復雜，增加了制造的難度。而陶瓷3D打印技術可以實現普通工藝難以實現的復雜結構，用于制備此類復雜的零部件。本期，與網友們分享一個陶瓷3D打印技術制備靜態混合器內部混合單元的案例。
實現復雜的內部通道設計
靜態混合器通常由三部分組成：外殼管、管內部混合單元和兩端法蘭（或其他連接方式）。靜態混合器的混合過程是由一系列安裝在空心管道中的不同規格的混合單元進行的。由于混合單元的作用，使流體時而左旋，時而右轉旋，不斷改變流動混合機方向，不僅將中心流體推向周邊，而且將周邊流體推向中心，從而造成良好的徑向混合效果。與此同時，流體自身的旋轉作用在相鄰組件連接處的接口上亦會發生，這種完善的徑向環流混合作用，使物料獲得混合均勻的目的。
傳統靜態混合器，圖片來源：360百科
由此可見，靜態混合器管內部的混合單元是實現混合器功能的關鍵部分。陶瓷材料因具有耐高溫和耐化學腐蝕的綜合性能，是適合制備混合器混合單元內部通道的材料。目前制造中存在的主要困難是，使用高性能陶瓷材料制備內部混合單元這種幾何形狀高難度復雜的產品。
Lithoz公司使用CeraFab7500陶瓷打印機的光固化（LCM）技術和氧化鋁陶瓷漿料，制備出了高效的陶瓷管內部混合單元。
3D打印的靜態混合器中的管內部混合單元，表面粗糙度達到0.4μm左右
圖片來源：Lithoz
Lithoz公司的工程師根據工業的要求重新設計了內部混合單元。工程師準備了多種設計方案，從中選擇出可以最優化的方案，以實現盡可能少的流體分散路徑。每種設計都是基于各種材料在蜂窩狀結構中可以流過鄰近通道，但又相互分散的原理。通過在總管道中，引入流動導向管道之間的鏤空結構可以實現這些設計目標。
此外，混合單元中的流體通道直徑也可以根據實際需要進行調整。對于靜態混合器來說，通道直徑的變化也會實現速度的變化，從而導致相對壓力的變化。管道橫截面積的減少會使速度增加，壓力較小。較小管道與具有最大直徑的相鄰管道結合起來，由于通道之間壓力差的存在，材料會發生混合。這可以將擴散通道和混合成份占用的體積實現最小化。可以實現節能節省成本，還可以實現微型系統下的管道設計。
其他復雜3D打印陶瓷零部件
圖片來源：Lithoz
LCM 3D打印技術實現的高性能陶瓷復雜制品的制備工藝，普通工藝技術是難以實現的。與該技術配套的陶瓷材料可以根據生產需求進行開發，目前該技術已實現氧化鋯、氮化硅、磷酸鈣等陶瓷材料的3D打印，除了3D打印靜態混合器的內部混合單元，還可應用于打印萃取分離柱、陶瓷型芯、心臟起搏器、手鏈等產品。
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