《儲(chǔ)能材料與器件智能制造技術(shù)》3D打印技術(shù)當(dāng)傳統(tǒng)機(jī)床的轟鳴聲逐漸被數(shù)字化制造的精密運(yùn)作聲取代，3D打印技術(shù)正以“魔法般”的創(chuàng)造力，將虛擬數(shù)字模型轉(zhuǎn)化為真實(shí)立體物件。從航空航天領(lǐng)域突破物理極限的異形結(jié)構(gòu)，到醫(yī)療行業(yè)貼合人體骨骼的定制化植入物，這項(xiàng)技術(shù)如同打開(kāi)了潘多拉魔盒，釋放出前所未有的制造潛能。據(jù)Statista預(yù)測(cè)，到2026年全球3D打印市場(chǎng)規(guī)模將突破500億美元，它早已不再是實(shí)驗(yàn)室里的小眾探索，而是成為撬動(dòng)制造業(yè)變革的核心力量，引領(lǐng)人類(lèi)邁向“所想即所得”的智造新紀(jì)元。3D打印技術(shù)的概念增材制造（AdditiveManufacturing，AM），又稱(chēng)3D打印，是融合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、材料加工與成形等技術(shù)的一種新型制造方式。它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)，將特定的金屬材料、非金屬材料或醫(yī)用生物材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實(shí)體物品。圖2-24為常見(jiàn)的3D打印機(jī)樣式。3D打印技術(shù)的原理3D打印技術(shù)基于離散-堆積原理，將復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造的疊加。3D打印又稱(chēng)增材制造，核心原理是“分層制造、逐層疊加”。先通過(guò)軟件將三維模型切片成多層二維截面，再由打印機(jī)按截面數(shù)據(jù)，用塑料、金屬、樹(shù)脂等材料，以熔融沉積、光固化、粉末床熔融等方式，從下至上逐層堆積，最終將虛擬模型轉(zhuǎn)化為實(shí)體三維物件，區(qū)別于傳統(tǒng)“減材制造”的切削去除方式。3D打印設(shè)備類(lèi)型光固化打印機(jī)利用紫外光在液態(tài)光敏樹(shù)脂表面進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)快速成型。選擇性激光燒結(jié)打印機(jī)采用高功率激光燒結(jié)粉末材料，使其逐層融合成形。熔融沉積打印機(jī)通過(guò)加熱噴頭將塑性纖維材料熔融后擠出，沉積并固化。黏結(jié)劑噴射打印機(jī)通過(guò)類(lèi)似噴墨打印的噴頭噴射黏結(jié)劑，將粉末材料逐層粘結(jié)成形。3D打印材料材料是推動(dòng)3D打印技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵之一。目前常用材料包括金屬粉末、光敏樹(shù)脂、熱塑性塑料、高分子聚合物、石膏、紙張、生物活性高分子等。隨著技術(shù)發(fā)展，復(fù)合材料、功能梯度材料、智能材料、納米材料等新型材料也成為研究重點(diǎn)。圖2-26展示了一種3D打印材料。3D打印優(yōu)勢(shì)自由成形無(wú)需刀具或模具即可制造復(fù)雜零部件，靈活性高。制作效率高工藝流程短、自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速制造。數(shù)字化驅(qū)動(dòng)各種增材制造工藝均由三維數(shù)據(jù)直接或間接驅(qū)動(dòng)。累加式成型方式逐層堆積打印材料，具備良好的復(fù)制性與一致性。3D打印技術(shù)在儲(chǔ)能電池生產(chǎn)中的應(yīng)用復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造：可制造具有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的組件，如多孔電極、微通道隔膜、一體化電池架構(gòu)，有助于提升能量密度和循環(huán)壽命?？紫对O(shè)計(jì)控制：精確控制孔隙尺寸和分布，優(yōu)化離子傳輸路徑，降低擴(kuò)散阻力，提高整體性能。電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化3D打印技術(shù)在儲(chǔ)能電池生產(chǎn)中的應(yīng)用高能量密度與功率密度：通過(guò)結(jié)構(gòu)與材料優(yōu)化，顯著提升電池的能量與功率密度。例如，SakuuCorporation開(kāi)發(fā)的3D打印電池，其能量密度為傳統(tǒng)鋰電池的兩倍?？焖俪潆娕c高穩(wěn)定性：采用多孔隔膜與點(diǎn)陣電極，可加快鋰離子傳輸速度，提升充電效率與循環(huán)穩(wěn)定性。性能提升未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)材料創(chuàng)新：多功能打印材料開(kāi)發(fā)：研發(fā)“高導(dǎo)電、高離子遷移率、易打印”的復(fù)合墨水（如“活性物質(zhì)-導(dǎo)電劑-粘結(jié)劑”一體化電極墨水、“自愈合型”固態(tài)電解質(zhì)墨水），同時(shí)降低材料成本（如利用工業(yè)副產(chǎn)物制備打印粉末）。工藝升級(jí)：高速化與規(guī)?；洪_(kāi)發(fā)“陣列式多噴嘴打印”“輥壓-3D打印復(fù)合工藝”，將打印速度提升10-100倍；探索“連續(xù)3D打印技術(shù)”（如連續(xù)液體界面生產(chǎn)CLIP），實(shí)現(xiàn)電極、電解質(zhì)的連續(xù)成型，適配量產(chǎn)需求。未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)設(shè)備集成：全流程一體化裝備：研發(fā)“材料制備-3D打印-固化/燒結(jié)-性能檢測(cè)”一體化設(shè)備，減少中間環(huán)節(jié)，提升生產(chǎn)效率；同時(shí)開(kāi)發(fā)低成本高精度設(shè)備（如基于紫外LED的SLA設(shè)備），降低設(shè)備投入門(mén)檻。智能化：AI驅(qū)動(dòng)的工藝優(yōu)化：利用AI算法優(yōu)化打印參數(shù)（如噴嘴溫度、擠出速度、激光功率），實(shí)時(shí)補(bǔ)償打印過(guò)程中的偏差，提升部件性能一致性；結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，模擬電池結(jié)構(gòu)與性能，提前優(yōu)化打印方案。3D打印技術(shù)憑借定制化、復(fù)雜成型等優(yōu)勢(shì)，為儲(chǔ)能電池生產(chǎn)帶來(lái)新方向。在電極制造上，通過(guò)構(gòu)建多孔結(jié)構(gòu)，縮短離子擴(kuò)散路徑，提升電池充放電速率與循環(huán)壽命；在電解質(zhì)成型方面，解決界面接觸不良問(wèn)題，提高離子傳輸效率與安全性；還能實(shí)現(xiàn)電池異形化、小型化設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足多元場(chǎng)景需求，并助力電池回收修復(fù)，降低全生命周期成本。FDM、DIW、SLS等不同3D打印技術(shù)適配不同電池部件，但目前仍面臨材料種類(lèi)有限、打印效率低、成本高昂