陶瓷3D打印技术在静态混合器制备中的应用
静态混合器是一种结构简单而紧凑的节能设备，应用在化工等行业。它的作用类似于一个液体搅拌机，但是搅拌机是依靠旋转的运动部件实现液体混合的，而静态混合器则是在静止状态下的完成液体混合工作的。怎样在静止的情况下完成搅拌这种体力活儿呢？ 原来是静态混合器内部巧妙的结构起到了关键作用。
但是，这种巧妙的内部结构非常复杂，增加了制造的难度。而陶瓷3D打印技术可以实现普通工艺难以实现的复杂结构，用于制备此类复杂的零部件。本期，3D科学谷就与谷友们分享一个陶瓷3D打印技术制备静态混合器内部混合单元的案例。
实现复杂的内部通道设计
静态混合器通常由三部分组成：外壳管、管内部混合单元和两端法兰（或其他连接方式）。静态混合器的混合过程是由一系列安装在空心管道中的不同规格的混合单元进行的。由于混合单元的作用，使流体时而左旋，时而右转旋，不断改变流动混合机方向，不仅将中心流体推向周边，而且将周边流体推向中心，从而造成良好的径向混合效果。与此同时，流体自身的旋转作用在相邻组件连接处的接口上亦会发生，这种完善的径向环流混合作用，使物料获得混合均匀的目的。
传统静态混合器，图片来源：360百科
由此可见，静态混合器管内部的混合单元是实现混合器功能的关键部分。陶瓷材料因具有耐高温和耐化学腐蚀的综合性能，是适合制备混合器混合单元内部通道的材料。目前制造中存在的主要困难是，使用高性能陶瓷材料制备内部混合单元这种几何形状高难度复杂的产品。
Lithoz公司使用CeraFab7500陶瓷打印机的光固化（LCM）技术和氧化铝陶瓷浆料，制备出了高效的陶瓷管内部混合单元。
3D打印的静态混合器中的管内部混合单元，表面粗糙度达到0.4μm左右
图片来源：Lithoz
Lithoz公司的工程师根据工业的要求重新设计了内部混合单元。工程师准备了多种设计方案，从中选择出可以最优化的方案，以实现尽可能少的流体分散路径。
每种设计都是基于各种材料在蜂窝状结构中可以流过邻近通道，但又相互分散的原理。通过在总管道中，引入流动导向管道之间的镂空结构可以实现这些设计目标。
此外，混合单元中的流体通道直径也可以根据实际需要进行调整。对于静态混合器来说，通道直径的变化也会实现速度的变化，从而导致相对压力的变化。管道横截面积的减少会使速度增加，压力较小。较小管道与具有最大直径的相邻管道结合起来，由于通道之间压力差的存在，材料会发生混合。这可以将扩散通道和混合成份占用的体积实现最小化。可以实现节能节省成本，还可以实现微型系统下的管道设计。
图片来源：Lithoz
LCM 3D打印技术实现的高性能陶瓷复杂制品的制备工艺，普通工艺技术是难以实现的。与该技术配套的陶瓷材料可以根据生产需求进行开发，目前该技术已实现氧化锆、氮化硅、磷酸钙等陶瓷材料的3D打印，除了3D打印静态混合器的内部混合单元，还可应用于打印萃取分离柱、陶瓷型芯、心脏起搏器、手链等产品。
内容来源：Lithoz, 3D科学谷编写
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