陶瓷百科
時代變革 帶你走進全球陶瓷3D打印技術
來源: | 作者:trading-1048076 | 發布時間: 2018-08-10 | 427 次瀏覽 | 分享到:

陶瓷是一種傳統的無機材料,精美實用,已經有了上千年的歷史。硬而脆的特點使陶瓷材料加工成形尤其困難,傳統陶瓷制備工藝只能制造簡單三維形狀的產品,而且成本高、周期長。陶瓷3D打印技術的發展使復雜陶瓷產品制備成為可能,3D打印技術所具有的操作簡單、速度快、精度高等優點給陶瓷注入了新的活力。國外已有很多研究,出現了3DCeram、Lithoz等專注陶瓷3D打印的公司。目前國內陶瓷3D打印技術還不夠成熟,清華大學、西安交通大學等科研單位正在鉆研,也涌現出了十維科技等敢于探索的企業。

材料及應用
陶瓷材料具有高強度、高硬度、耐高溫、低密度、化學穩定性好、耐腐蝕等優異特性,是三大固體材料之一。目前陶瓷3D打印制備的主要有氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、磷酸鈣陶瓷等。


陶瓷3D打印工藝流程

1. 配料

根據成形技術和最終的性能要求,選擇合適的原材料,一般包括陶瓷粉末、粘結劑、添加劑,按一定比例混合均勻。

用于3D打印的陶瓷材料形態包括:

漿料,陶瓷成分與其他溶劑及添加劑的混合物,通過物理、化學的方式成形;

陶瓷絲材,用于熔融堆積工藝;

陶瓷粉末,陶瓷粉末、礦化物、粘結劑等的混合物,用于激光燒結、粘接等;

陶瓷薄片,片壓成形、粘接。

2. 3D打印成形

使用3D打印技術實現陶瓷零件成形,得到特定形狀結構的陶瓷坯體。具體方法見后文對各種陶瓷3D打印成形技術的介紹。

3. 坯體后處理

對陶瓷坯體進行清洗、表面增強、修復、干燥等后處理,使坯體的強度、精度等性能達到要求,有利于之后的熱處理環節。

4. 脫脂和燒結

將完好的坯體放入爐子中,按照設定好的溫度制度、焙燒氣氛和壓力進行熱處理。這個過程分為兩個階段:加熱到600多℃脫去坯體中的有機物,這是十分敏感容易出現缺陷的階段;加熱到1000多℃實現致密化、形成陶瓷,這是晶粒長大、晶界形成、實現陶瓷強度的過程,決定著制品的最終性能。燒結完成等冷卻后便可得到最終的陶瓷產品了。

陶瓷3D打印成形技術

        目前陶瓷3D打印成形技術主要可以分為噴墨打印技術(ink-jet printing,IJP)、熔融沉淀技術(fused deposition modeling,FDM)、分層實體制造技術(laminated object manufacturing,LOM)、選擇性激光燒結技術(selective laser sintering,SLS) 和立體光固化技術(stereolithography apparatus,SLA)。

 

        使用這些技術打印得到的陶瓷坯體經過高溫脫脂和燒結后便可得到陶瓷零件。根據成形方法和使用原料的不同,每種打印技術都有自己的優缺點,發展程度也有差距。

噴墨打印技術(IJP)

        主要分為三維打印和噴墨沉積法。 

        三維打印是由MIT開發出來的,首先將粉末鋪在工作臺上,通過噴嘴把粘結劑噴到選定的區域,將粉末粘結在一起,形成一個層,而后,工作臺下降,填粉后重復上述過程直至做出整個部件。所用的粘結劑有硅膠、高分子粘結劑等。三維打印法可以方便地控制陶瓷坯體的成分和顯微結構,但是坯體需要后處理,而且精度低、強度低。 

香蕉在线综合2019版