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关于陶瓷3D打印机

文章来源:未知   发布时间:2020-01-07 16:34   点击数:   【
陶瓷是一种传统的无机材料,精美实用,已经有了上千年的历史。硬而脆的特点使陶瓷材料加工成形尤其困难,传统陶瓷制备工艺只能制造简单三维形状的产品,而且成本高、周期长。陶瓷3D打印技术的发展使复杂陶瓷产品制备成为可能,3D打印技术所具有的操作简单、速度快、精度高等优点给陶瓷注入了新的活力。国外已有很多研究,出现了3DCeram、Lithoz等专注陶瓷3D打印机的公司。目前国内陶瓷3D打印技术还不够成熟,清华大学、西安交通大学等科研单位正在钻研,也涌现出了十维科技等敢于探索的企业。
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陶瓷3D打印机成形

使用3D打印技术实现陶瓷零件成形,得到特定形状结构的陶瓷坯体。具体方法见后文对各种陶瓷3D打印成形技术的介绍。

坯体后处理

对陶瓷坯体进行清洗、表面增强、修复、干燥等后处理,使坯体的强度、精度等性能达到要求,有利于之后的热处理环节。

脱脂和烧结

将完好的坯体放入炉子中,按照设定好的温度制度、焙烧气氛和压力进行热处理。这个过程分为两个阶段:加热到600多℃脱去坯体中的有机物,这是十分敏感容易出现缺陷的阶段;加热到1000多℃实现致密化、形成陶瓷,这是晶粒长大、晶界形成、实现陶瓷强度的过程,决定着制品的最终性能。烧结完成等冷却后便可得到最终的陶瓷产品了。

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陶瓷3D打印机成形技术


目前陶瓷3D打印成形技术主要可以分为喷墨打印技术(IJP)、熔融沉淀技术(FDM)、分层实体制造技术(LOM)、选择性激光烧结技术(SLS) 和立体光固化技术(SLA)。使用这些技术打印得到的陶瓷坯体经过高温脱脂和烧结后便可得到陶瓷零件。根据成形方法和使用原料的不同,每种打印技术都有自己的优缺点,发展程度也有差距。

3D打印陶瓷市场目前还没有聚合物市场那么大,但发展速度令人意外。根据SmarTech Analysis的报告,2020年陶瓷3D打印市场将超过2000万美元,到2029年将超过4.5亿美元。该报告还强调了一个事实,由工业陶瓷或传统陶瓷材料所制造的最终用途零件,其增值效益将有望在中长期内推动用户对硬件和材料的需求。

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特别是对于工业陶瓷或高性能陶瓷,此类材料具有先进的机械性能,如极高的强度质量比、耐高温和耐化学性,它们已经用于从航空航天到电子技术的多个高级制造领域,来自这些领域的企业也是3D打印技术的首批采用者。

2018年,以陶瓷和金属纳米粒子喷射(NPJ)技术著称的Xjet公司开发出氧化铝陶瓷,与氧化锆相比,氧化铝具有较高的硬度和强度,但耐磨性较低,在烧制前后易于加工和精炼。


陶瓷3D打印机的金属-陶瓷一体结构
 
尽管陶瓷3D打印落后于聚合物和金属3D打印,但陶瓷3D打印技术和相关材料在未来五到十年内具有巨大的发展潜力。


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