一文簡述陶瓷3D打印技術(shù)

據(jù)知名市場研究公司MARKETS ANDMARKETS（M&M）發(fā)布的一份調(diào)查報(bào)告顯示，3D打印陶瓷市場的全球規(guī)模有望從2016年的2780萬美元增長至2021年的1.315億美元，期間的復(fù)合年增長率（CAGR）將高達(dá)29.6%。

該報(bào)告還顯示，截至目前，3D打印陶瓷市場份額最大的地區(qū)仍是北美，并有望繼續(xù)領(lǐng)跑；歐洲其次，而亞太地區(qū)則有望后來居上，在未來5年里坐擁全球最高的增長率。主要包含3D打印用陶瓷粉末材料市場、3D打印陶瓷產(chǎn)品市場和相關(guān)設(shè)備、技術(shù)市場等的陶瓷3D打印市場，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

陶瓷3D打印技術(shù)詳解

陶瓷件的3D打印包括配置陶瓷漿料、繪制三維模型并切片、3D打印成型、燒結(jié)等流程，其無需原胚和模具，就能直接根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)，通過增加材料的方法生成任何形狀的物體，簡化產(chǎn)品的制造程序，縮短產(chǎn)生的研制周期，提高效率并降低成本。

3D打印陶瓷過程

目前陶瓷3D打印成型技術(shù)主要可以分為噴墨打印技術(shù)（IJP）、熔融沉淀技術(shù)（FDM）、分層實(shí)體制造技術(shù)（LOM）、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（SLS） 和立體光固化技術(shù)（SLA）等。 使用這些技術(shù)打印得到的陶瓷坯體經(jīng)過高溫脫脂和燒結(jié)后便可得到陶瓷零件。根據(jù)成型方法和使用原料的不同，每種打印技術(shù)都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)展程度也有差距。

1熔融沉積造型（FDM）

熔化沉積造型法由美國學(xué)者Scott Crump于1988年研制成功，其以熱塑性絲狀為原料，絲通過可在X-Y方向上移動(dòng)的液化器熔化后噴嘴噴出，根據(jù)所涉及部件的每一層形狀，逐條線、逐個(gè)層的堆積出部件。FDM使用的原材料有聚丙烯、ABS鑄造石蠟等。

FDM具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、原材料的利用效率高且沒有毒氣或化學(xué)物質(zhì)的污染等優(yōu)勢，但也具有制備出的原型表面有較明顯的條紋、與截面垂直的方向強(qiáng)度小、成型速度相對較慢、噴頭容易發(fā)生堵塞，不便維護(hù)的劣勢。

2直寫自由成型（DIW）

直寫自由成型技術(shù)，將陶瓷制備成具有固化特性的陶瓷懸浮液，計(jì)算機(jī)控制的Z軸上的漿料輸送裝置在X-Y平面內(nèi)移動(dòng)，同時(shí)從針頭擠出陶瓷懸浮液，其在pH值、光照、熱輻射等固化因素作用下實(shí)現(xiàn)固化，逐層堆積形成陶瓷零件毛坯。

DIW具有無需紫外光和激光的輻射，常溫下成型；可制備高致密化的燒結(jié)體的優(yōu)勢，但也具有水基陶瓷懸浮液穩(wěn)定性較差，保存周期短；有機(jī)物基陶瓷漿料穩(wěn)定性高，保存周期長，但需增加低溫排膠過程，制造成本高的劣勢。

3噴墨打印技術(shù)（IJP）

噴墨打印法是由Brunel大學(xué)的Evans和Edirisingle研制出來的，它是將含有納米陶瓷粉的懸浮液直接由噴嘴噴出以沉積成陶瓷件。目前使用的陶瓷材料有ZrO2、TiO2、Al2O3等。

IJP具有成型原理簡單，打印頭成本低，易產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)勢；但噴墨打印頭堵塞，另外打印高度受限且不能打印內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)模型，還要求粉末粒徑分布均勻，流動(dòng)性好且高溫化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。

審核編輯 黃昊宇