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2025-01-10 17:05:48鋰離子電池材料
鋰離子電池材料主要包括正極材料、負(fù)極材料、電解液和隔膜等。正極材料如鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等,具有高能量密度和穩(wěn)定性;負(fù)極材料如石墨、硅基材料等,提供高容量和長循環(huán)壽命。電解液和隔膜則確保電池內(nèi)部的離子傳導(dǎo)和物理隔離。這些材料共同決定了鋰離子電池的性能,如能量密度、循環(huán)穩(wěn)定性和安全性,廣泛應(yīng)用于電動汽車、便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域。

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2020-09-16 16:38:38鋰離子電池材料潤濕的EIS
鋰離子電池(LIB)作為電化學(xué)儲能系統(tǒng)是化石燃料的主要替代品。LIB還因重量輕,能量密度高和使用壽命長而很有價值。LIB已經(jīng)在消費(fèi)電子市場確立了主導(dǎo)地位,觸發(fā)手機(jī)和便攜式電腦等移動設(shè)備的成功。但是仍需改進(jìn),例如更好的價格和效率。制造LIB,封裝的電池需要填充電解質(zhì),以便鋰離子可以在陰極和陽極之間自由移動。完成填充以后,在首次充電以前,電池需要時間使得每一個孔隙吸收電解質(zhì)(叫做化成)。這一等待階段對獲得長壽命的高質(zhì)量產(chǎn)品至關(guān)重要。在當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中,這一等待階段,也稱為潤濕過程,僅根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)估,并通過電池測試進(jìn)行驗(yàn)證。這就提出一個問題,如何減少甚至消除生產(chǎn)中的這一瓶頸,從而顯著降低成本。德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的Florian Günther和同事恰好提出了這一問題。我們(在他們的允許下)給出他們的結(jié)果。理論每一個電學(xué)系統(tǒng)都有關(guān)鍵特征來描述該系統(tǒng)如何工作以及如何對外部激勵做出反應(yīng)。一種特征就是阻抗,電阻不同方面的結(jié)合。如果我們用正弦信號(具有特定頻率)來激勵電學(xué)系統(tǒng),得到的系統(tǒng)響應(yīng)可能具有不同的振幅和相位(與輸入信號相比發(fā)生了偏移)。這種行為通過阻抗來量化,一方面證明系統(tǒng)抵抗電子流動(不同振幅)的能力,另一方面也反映了短期儲存電能(不同的相角)的能力。但是怎樣測試阻抗?電化學(xué)阻抗譜(EIS)是一種強(qiáng)大的無損檢測方法。通過在一定頻率范圍內(nèi)施加正弦電流(或電壓)信號,測量正弦電壓(或電流)響應(yīng)信號,可以確定系統(tǒng)在每個頻率的阻抗。圖1 鋰離子電池EIS測試示意圖先前LIB實(shí)驗(yàn)表明,在潤濕過程中,LIB的歐姆電阻(HFR)會發(fā)生變化,直到完全潤濕,從而達(dá)到ZZ值??紤]到這種現(xiàn)象,我們可以通過EIS連續(xù)測試電池的HFR,從而評估電池是否完全潤濕。這樣可以解決潤濕時間的不確定性。實(shí)驗(yàn)為了證明阻抗與潤濕狀態(tài)之間存在相關(guān)性,我們必須要找到在連續(xù)不斷測量阻抗時以一種無損的方式來觀察電池中發(fā)生的情況。一種方法是中子射線照相(NR)。通過中子在物體中傳輸并檢測通過物體后的中子密度,可以在檢測時間內(nèi)收集圖像。這種成像技術(shù)(類似于X 射線成像)特別有用,因?yàn)椋ǔ齒射線)中子可以與少數(shù)輕元素(如氫,鋰或硼)相互作用。因此,光束不會被鋁制外殼或電池的電極大量吸收,而是會與電解質(zhì)本身相互作用。該技術(shù)適合無損檢測電池的潤濕狀態(tài)。我們建立了一個移動填充站,以便在中子射線照相過程中給電池填充電解液。設(shè)置好實(shí)驗(yàn)裝置后,在整個潤濕過程中,我們用Gamry Interface? 5000E電化學(xué)工作站測試EIS。圖2 填充站內(nèi)部視圖序列測試由開路電位測試和EIS測試組成,并設(shè)成90min后循環(huán)測試。首先以0.5s采樣時間測試15s的開路電位。隨后進(jìn)行EIS測試,頻率范圍100kHz至1Hz,每個數(shù)量級10個點(diǎn),振幅為10mV rms的交流激勵信號施加在電池上。我們對具有不同電極特性的兩個不同的LIB進(jìn)行測試,以便可以比較不同結(jié)果并確認(rèn)這些實(shí)驗(yàn)的有效性。結(jié)果圖3是A電池填充后不同時間的NR。填充程度通過圖片中灰色和白色像素的數(shù)量來確定。灰色像素代表中子密度值的臨界值,這一臨界值可將電池視為已被潤濕。隨時間變化的潤濕度圖片如圖4所示。如果現(xiàn)在查看EIS數(shù)據(jù),提取了HFR值,并繪制其隨時間變化的曲線,我們得到圖5中上方那張圖。圖5下方那張圖是HFR和潤濕度隨時間變化的對照圖。我們可以清楚的看到在這種特定情況下,兩種確定潤濕度方法之間的相關(guān)性。圖3 A電池填充2.5,10和60.5min后NR圖圖4 A電池(紅線,非結(jié)構(gòu)化,孔隙率30%)和B電池(藍(lán)線,結(jié)構(gòu)化,孔隙率30%)潤濕程度隨時間變化圖圖5 (上)HFR隨時間變化圖(下)潤濕性和HFR隨時間變化的對照圖我們也可以得到電池的其他特征。如圖6所示,電解液填充87min后,HFR圖中,HFR值不在變化。對照ZH拍的NR照片,潤濕度剛超過80%,并且A電池的灰色程度沒有B電池深,這一跡象表明A電池電解液填充不足。圖6 A電池(上)和B電池(下)的NR圖,注意,A電池的NR圖有大片空白,表明A電池潤濕不足結(jié)論作者得出結(jié)論,潤濕過程中,LIB的阻抗會變化。尤其,HFR直接與電池的潤濕度相關(guān)。EIS可以得到穩(wěn)定的測量結(jié)果,并且不會通過充電或其他方式影響電池。因此,研究者提出使用觀察到的直接相關(guān)性來決定每個電池生產(chǎn)過程中所需潤濕的最小時間。請注意,這些實(shí)驗(yàn)沒有足夠的證據(jù)得出可量化的結(jié)論。因此,作者將在未來主要研究量化這種效應(yīng)和方法的可靠性,以確保測量的高準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。未來LIB生產(chǎn)過程中,研究人員設(shè)想使用EIS測試技術(shù),通過精確觸發(fā)化成,無需任何等待時間來減少整個過程中時間和成。另外也可能直接剔除壞電池,提高生產(chǎn)效率。也就是說,將填充后的電池直接連接在多通道儀器上,如Gamry EIS Box?。軟件腳本會通過EIS連續(xù)檢測電池的潤濕狀態(tài),并在確切時刻自動觸發(fā)化成。有關(guān)使用EIS評估LIB質(zhì)量的更多信息,請參考文獻(xiàn)Florian J. Günter, et al., J. Electrochem. Soc., 165 (14) A3249–A3256 (2018).
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2022-03-17 11:51:12【熱點(diǎn)應(yīng)用】ED-XRF分析鋰離子電池正極材料
鋰離子電池正極材料的容量和能量密度對電池的性能起著關(guān)鍵作用。而在正極材料的三元層狀結(jié)構(gòu)中,元素配比對材料的性能具有至關(guān)重要的影響,因此對正極材料中各種元素的準(zhǔn)確定量是電池研發(fā)生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)之一。 使用何種分析手段去定量正極材料中的元素?要考慮諸多因素,除了檢測速度、準(zhǔn)確度、儀器穩(wěn)定性等常見評價指標(biāo)外,實(shí)驗(yàn)室安全和環(huán)保成本,樣品前處理是否簡單?檢驗(yàn)設(shè)備的易用性以及最小化人為誤差也是研發(fā)和生產(chǎn)質(zhì)量控制中的不可忽視的問題。 目前,常用的鋰電池正極材料元素定量手段包括ICP-OES、ICP-MS、AAS以及XRF。 因正極材料樣品均質(zhì)化的要求,ICP以及AAS需要液體進(jìn)樣,所以樣品需要加入硝酸進(jìn)行酸煮或微波消解成為液體。而這種前處理方法一方面存在消解不完全的情況,另一方面,廢酸的處理也增加了實(shí)驗(yàn)室安全以及環(huán)保成本。此外,ICP方法只能分析痕量元素,所以樣品需要較大的稀釋倍數(shù)才能進(jìn)樣,這樣也就帶來了較大的稀釋誤差。 這些檢測問題該如何解決呢?我們來看看X射線熒光光譜法(XRF)檢測鋰離子電池正極材料的幾點(diǎn)優(yōu)勢:相對而言,XRF與ICP相比可以直接進(jìn)樣,不需要復(fù)雜的前處理步驟,檢測速度快。且樣品制備簡單:對于固體即可使用松散粉末直接進(jìn)行測試,也可簡單壓片或進(jìn)行玻璃熔珠測試;對于液體樣品,更可以使用液體杯直接原樣測試。 另一方面,XRF內(nèi)部無復(fù)雜管路,光路簡單,不會產(chǎn)生污染以及堵塞風(fēng)險(xiǎn),檢測濃度可以從ppm級至100%,對于正極材料而言,無論樣品中的主量元素還是微量元素都能夠進(jìn)行準(zhǔn)確定量,滿足生產(chǎn)控制檢測需求。 EDXRF在鋰電行業(yè)正極材料中的應(yīng)用正如上文所述,在實(shí)際生產(chǎn)過程中,正極材料因?yàn)閾诫s或者碳包覆,其他檢測方法受制于常規(guī)酸很難消解樣品,無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確且穩(wěn)定地測量。因此,X射線熒光光譜技術(shù)(XRF)越來越多地被鋰電行業(yè)所接受并逐步應(yīng)用。 近些年,快速發(fā)展的能量色散X射線熒光光譜(EDXRF)技術(shù)作為XRF技術(shù)的前沿分支,以其體積緊湊、使用方便等優(yōu)勢得到了許多行業(yè)檢測用戶的認(rèn)可。但在鋰電行業(yè)還未得到廣泛應(yīng)用,究其主要原因,是由于普通能譜儀的檢測性能在缺乏標(biāo)準(zhǔn)品的情況下,無法滿足某些元素準(zhǔn)確定量的檢測需求。 馬爾文帕納科作為X射線分析儀器的主要供應(yīng)商,具有超過70年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。在XRF產(chǎn)品的設(shè)計(jì)以及制造方面有豐富的經(jīng)驗(yàn)和獨(dú)特的技術(shù)。其推出的高性能臺式能譜儀 Epsilon4,裝配了動態(tài)高通量X射線管、大面積高分辨SSD探測器和超高計(jì)數(shù)電路及全功能算法軟件。其光路采用緊湊設(shè)計(jì),可以獲取最高的信號靈敏度和更快的響應(yīng)速度,充分滿足正極材料主量以及微量元素的測試需求。 應(yīng)用實(shí)例一:前驅(qū)體溶液實(shí)驗(yàn)分析主要針對Ni(0-120g/L)、Co(0-120g/L)、Mn(0-120g/L)三種主量元素,Epsilon4 臺式能譜儀擬合曲線相關(guān)系數(shù)均在0.9999以上。其工作曲線如下:與ICP穩(wěn)定性對比實(shí)驗(yàn),Epsilon4 臺式能譜儀對前驅(qū)體容量進(jìn)行多次測量,穩(wěn)定性以及精密度均優(yōu)于ICP。應(yīng)用實(shí)例二:NCM三元材料實(shí)驗(yàn)分析該實(shí)驗(yàn)是通過Epsilon4臺式能譜儀針對NCM三元材料Ni(15-70%)、Co(5-30%)、Mn(5-30%)三種主量元素,采用壓片和玻璃熔珠兩種不同的制樣方法進(jìn)行重復(fù)性測試,Epsilon4 臺式能譜儀擬合曲線相關(guān)系數(shù)均在0.9999以上。實(shí)驗(yàn)中,分別對三元材料的主量元素平行測試了10次,可以看到不論玻璃熔珠還是壓片的數(shù)據(jù),其重復(fù)性RMS均小于0.01。綜上所述,馬爾文帕納科Epsilon4 臺式能譜儀分析速度快、準(zhǔn)確度高。與ICP對比具有更優(yōu)異的精密度以及穩(wěn)定性。針對正極材料不同的配方還配有具體的定制方案,是鋰電行業(yè)正極材料元素分析檢測值得信賴的工具。馬爾文帕納科波長色散X射線熒光光譜儀因其強(qiáng)大的分析能力,除了滿足常規(guī)元素日常分析工作外,同樣可應(yīng)用于鋰?yán)与姵卣龢O材料中的元素定量分析,且針對LiFePO4、NCM主量以及添加元素檢測均有具體的應(yīng)用解決方案,我們將在下一篇推文“WD-XRF用于鋰離子電池正極材料分析”中具體介紹,敬請期待。
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2025-01-08 12:30:12氧指數(shù)測定儀什么材料
氧指數(shù)測定儀什么材料 氧指數(shù)測定儀是一種用于測試材料燃燒性能的設(shè)備,主要應(yīng)用于聚合物、塑料及其他易燃材料的防火性能評估。氧指數(shù)(LOI)是材料在特定環(huán)境下燃燒所需的低氧濃度,它反映了材料的耐火性和自熄性。在選擇氧指數(shù)測定儀的材料時,除了考慮設(shè)備本身的性能和穩(wěn)定性外,還需要兼顧其耐高溫、抗腐蝕等特點(diǎn)。因此,氧指數(shù)測定儀的材料選擇對儀器的準(zhǔn)確性和長期穩(wěn)定性至關(guān)重要。本文將探討氧指數(shù)測定儀所采用的主要材料,分析其技術(shù)要求和應(yīng)用場景。 氧指數(shù)測定儀的主要材料 氧指數(shù)測定儀通常由多個關(guān)鍵部件構(gòu)成,每個部件的材質(zhì)選擇直接影響到設(shè)備的使用壽命和測試精度。以下是常見的幾種材料: 1. 不銹鋼 不銹鋼是氧指數(shù)測定儀中常見的外殼和主要結(jié)構(gòu)材料,特別是304和316型號的不銹鋼。其優(yōu)異的耐腐蝕性、良好的機(jī)械性能和抗高溫能力使其成為該類設(shè)備的理想選擇。由于測定過程中涉及高溫環(huán)境,不銹鋼的耐熱性和耐氧化性能能夠有效保證儀器在長期使用中的穩(wěn)定性和可靠性。 2. 鋁合金 鋁合金主要用于氧指數(shù)測定儀的部分輕型結(jié)構(gòu)件,因其輕便、強(qiáng)度適中,且能夠承受一定的溫度變化。鋁合金的成本相對較低,且加工性能良好,因此被廣泛應(yīng)用于一些對重量有要求的設(shè)備部分。 3. 高溫陶瓷 高溫陶瓷材料廣泛應(yīng)用于氧指數(shù)測定儀中的火焰?zhèn)鞲衅?、加熱元件及爐體部分。由于其能夠承受極高的溫度,并且不易受氧化或腐蝕,因此在高溫燃燒環(huán)境下尤為重要。常見的高溫陶瓷材料如氧化鋁、硅酸鋁等,不僅能夠提供準(zhǔn)確的測試數(shù)據(jù),還具有較長的使用壽命。 4. 石英玻璃 石英玻璃材料常用于氧指數(shù)測定儀中的透明窗口,作為觀察測試過程和火焰穩(wěn)定性的觀測通道。石英玻璃耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、透光性好,能夠在高溫燃燒過程中保持良好的視野,確保操作者可以實(shí)時觀察到樣品的燃燒狀態(tài)。 5. 鎢合金 鎢合金因其優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和高熔點(diǎn),在一些高端氧指數(shù)測定儀中用于高溫測試區(qū)域,尤其是在需要承受極端高溫條件下的實(shí)驗(yàn)中。鎢合金在高溫下能保持良好的機(jī)械性能,因此被用作一些特殊結(jié)構(gòu)部件,如加熱元件的保護(hù)材料。 材料選擇的影響因素 氧指數(shù)測定儀的材料選擇不僅僅取決于性能需求,還與生產(chǎn)成本、儀器的使用環(huán)境和預(yù)期壽命等因素緊密相關(guān)。例如,長期高溫測試可能需要選擇更耐高溫的材料,而需要頻繁拆卸和維修的部件則應(yīng)考慮選擇耐磨損、易于清潔的材料。材料的熱膨脹系數(shù)也是選擇時的重要參考因素,因?yàn)闇夭羁赡軐?dǎo)致儀器出現(xiàn)誤差或損壞。 專業(yè)總結(jié) 氧指數(shù)測定儀作為一款精密的測試設(shè)備,對材料的要求極為嚴(yán)格。每種材料的選擇都必須滿足高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度以及抗氧化等多重性能要求。常用材料如不銹鋼、鋁合金、高溫陶瓷、石英玻璃和鎢合金各具優(yōu)勢,合理搭配這些材料,可以確保氧指數(shù)測定儀在不同使用環(huán)境下的度和穩(wěn)定性。了解和掌握這些材料的性能特征是設(shè)計(jì)和使用氧指數(shù)測定儀的關(guān)鍵,能夠?yàn)椴牧系娜紵阅軠y試提供更為可靠的保障。
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2025-01-13 18:00:14門尼粘度計(jì)檢測什么材料
門尼粘度計(jì)檢測什么材料 門尼粘度計(jì)是一種廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料及相關(guān)領(lǐng)域的重要儀器,它能夠測量材料的粘度和流變特性,尤其是在高溫條件下的表現(xiàn)。該設(shè)備以其高精度、可靠性和快速性,成為了許多工業(yè)實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)線不可或缺的工具。本文將圍繞門尼粘度計(jì)的工作原理及其適用材料展開探討,幫助讀者了解門尼粘度計(jì)能夠檢測哪些材料及其在不同材料測試中的應(yīng)用價值。 門尼粘度計(jì)主要用于檢測橡膠、塑料以及其他聚合物材料的粘度變化。其測量原理基于材料在加熱過程中受到的剪切力變化,從而推算出材料的流變性能。橡膠行業(yè)中,門尼粘度計(jì)被廣泛用于檢測天然橡膠、合成橡膠以及各種改性橡膠的加工性能,以便優(yōu)化生產(chǎn)工藝和控制終產(chǎn)品的質(zhì)量。門尼粘度值直接關(guān)系到橡膠的加工性、硫化速度和終產(chǎn)品的性能。 在塑料行業(yè),門尼粘度計(jì)則用于測定不同類型的樹脂、塑料合成物和改性塑料的流變特性。通過測試材料的粘度,可以評估其熔融狀態(tài)下的加工性能,例如注塑、擠出等過程中的流動性。這對于確保塑料制品的加工穩(wěn)定性以及優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù)至關(guān)重要。門尼粘度計(jì)還能夠測試一些添加劑、涂料、油墨及其他化工產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于化工、涂料等行業(yè)的質(zhì)量控制和產(chǎn)品研發(fā)過程中。 值得一提的是,門尼粘度計(jì)不僅僅局限于高粘度的材料,還能夠?qū)Φ驼扯?、易流動的物質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確測量。在一些特殊應(yīng)用中,如高分子聚合物、油脂、潤滑油等流體的檢測,門尼粘度計(jì)也能提供有效的測試數(shù)據(jù),幫助研發(fā)和生產(chǎn)部門判斷材料的適用性。 總結(jié)而言,門尼粘度計(jì)是測試各類材料流變特性的重要工具,尤其在橡膠、塑料、化工等行業(yè)中發(fā)揮著重要作用。它不僅能夠提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量,還能為研發(fā)工作提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),是現(xiàn)代工業(yè)制造中不可或缺的一部分。
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2025-03-20 13:30:153D打印機(jī)怎么裝材料
3D打印機(jī)怎么裝材料 在使用3D打印機(jī)時,正確的裝載材料是確保打印質(zhì)量和打印機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。不同類型的3D打印機(jī)對材料的要求有所不同,了解如何正確裝載材料不僅能延長設(shè)備壽命,還能避免出現(xiàn)常見的打印失敗問題。本文將為您詳細(xì)介紹3D打印機(jī)如何裝材料的步驟,以及在操作中需要注意的技巧。 1. 了解不同的3D打印材料類型 在開始裝載材料之前,首先需要了解自己使用的3D打印機(jī)支持哪種類型的打印材料。目前市場上常見的3D打印材料有PLA、ABS、TPU、尼龍等,每種材料都有其特定的使用要求。例如,PLA材料比較適合家庭用戶使用,因?yàn)樗恍枰^高的溫度,而ABS則適合需要較高強(qiáng)度和耐熱性的打印件。 2. 檢查打印機(jī)的進(jìn)料系統(tǒng) 不同型號的3D打印機(jī),其進(jìn)料系統(tǒng)有所不同,通常分為兩種類型:擠出式和拖拉式。對于擠出式打印機(jī),首先需要確保進(jìn)料口沒有被堵塞。檢查材料是否順暢地進(jìn)入打印頭,并確保進(jìn)料機(jī)構(gòu)沒有故障。對于拖拉式系統(tǒng),需要注意是否能夠抓取材料卷軸并順利送入打印機(jī)。 3. 安裝材料 大多數(shù)3D打印機(jī)在安裝材料時,都有明確的步驟指南。一般來說,安裝步驟包括以下幾個環(huán)節(jié): 確保打印機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài):在更換或安裝材料時,最好先關(guān)閉3D打印機(jī),避免在操作過程中發(fā)生不必要的安全問題。 選擇正確的材料:根據(jù)打印需求選擇適合的材料,比如 PLA、ABS 或 TPU。 放置材料卷軸:將材料卷軸放在打印機(jī)的進(jìn)料架上。確保材料的卷軸順利轉(zhuǎn)動,不會卡住或絞纏。 將材料引導(dǎo)至進(jìn)料口:通過進(jìn)料管道或直線方式將材料引導(dǎo)到打印頭或噴嘴處。大部分打印機(jī)都可以手動或自動完成此過程。 調(diào)整進(jìn)料速度:確保進(jìn)料速度與打印機(jī)的打印速度匹配,過快或過慢都可能導(dǎo)致材料供給不穩(wěn)定。 4. 校準(zhǔn)與測試 安裝完材料后,務(wù)必進(jìn)行一次校準(zhǔn)和測試,以確保打印機(jī)能夠順利地開始工作。此時,可以通過控制面板或者軟件進(jìn)行打印測試,查看打印機(jī)是否正常進(jìn)料。如果出現(xiàn)堵塞、退料等問題,可以逐步排查進(jìn)料管道、噴嘴及驅(qū)動系統(tǒng)等部位。 5. 注意事項(xiàng) 避免材料污染:安裝前要確保材料表面清潔,避免灰塵、油污等雜質(zhì)進(jìn)入打印機(jī)。 合理存儲材料:大多數(shù)打印材料需要在干燥的環(huán)境下存儲,避免吸濕后影響打印質(zhì)量。 檢查打印機(jī)是否適配材料:不同材料的熱膨脹系數(shù)和打印溫度要求各不相同,使用不匹配的材料可能會導(dǎo)致打印失敗或損壞設(shè)備。 裝載材料是3D打印過程中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié),正確的操作可以大大提高打印效果,避免浪費(fèi)時間和資源。只有確保每個環(huán)節(jié)的精確操作,才能在長期使用中大化3D打印機(jī)的性能和打印效果。
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