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3D陶瓷打印技术在高性能陶瓷的成型制造领域具有巨大的发展潜力

点击次数:404    发布时间:2022-08-25
  瓷作为一种结构材料,因具有高的弯曲强度、良好的蠕变性能、高硬度和耐高温等特点而广泛应用在航空航天、工业制造和生物医疗等方面。
 
  然而,采用传统方法制备的陶瓷,普遍存在加工困难,难以制备复杂形状制品的问题。
 
  新兴的3D陶瓷打印技术在高性能陶瓷的成型制造领域具有巨大的发展潜力,有望突破传统陶瓷加工和生产的技术瓶颈,为陶瓷关键零部件的应用开辟新的途径,为解决传统制造问题和挑战提供了全新的可能性。
 
  1、陶瓷3D打印技术 3D打印技术(又称增材制造)的出现突破了传统制造技术的约束,为实现复杂结构件制造提供了一种可能。相对于传统的减材、等材制造方式,增材制造技术具有不增加成本,无需模具,就可制备出异形产品的特点。
 
  其最大的优势是能制备出传统加工方式无法制备的复杂结构,实现材料的结构化设计,从而高效实现材料与结构的一体化、结构与功能的一体化。 陶瓷3D打印技术是一种通过离散材料逐层制造并叠加得到三维复杂结构陶瓷零件的先进制造技术,具有材料利用率高、制造灵活性强、数字化程度高等优势,适用于小批量、复杂结构的陶瓷零件制造。
 
  2、主流的陶瓷3D打印技术 目前主流的陶瓷3D打印技术有:熔融沉积成型技术(FDM)、光固化3D打印技术(SLA)、墨水直写成型(DIW)、粉末床激光烧结(SLS)等。
 
  1.1熔融沉积成型技术(FDM) FDM技术是采用混有陶瓷粉末的喷丝作为原材料,使用高分子熔点以上的温度将喷丝中的高分子材料融化后挤出喷嘴,挤出后的陶瓷高分子复合材料冷却固化。 FDM技术设备原料成本低、材料利用率高、可选材料丰富,但精度较低,难以构建结构复杂的构件、与截面垂直的方向强度低且成型速度较慢。
 
  1.2光固化3D打印技术(SLA) 光固化3D打印技术被认为是著名和受欢迎的3D打印技术,并已在广泛使用,是将陶瓷粉体与光敏树脂及其他添加剂混合成光敏陶瓷浆料,紫外光在程序控制下逐点扫描浆料引发光敏树脂交联,使得浆料固化成型。浆料固化一层,成型台下降一定高度以补充浆料,新一层浆料在紫外光作用下继续固化。
 
  陶瓷浆料逐层固化得到陶瓷生坯,经脱脂和烧结处理后得到陶瓷材料。 SLA技术具有成型速率快、制品表面质量好、尺寸精度高等优势。与其他技术相比,SLA技术适合制备高精度、形状复杂的小型零件。该技术不限陶瓷基材(氧化铝、氧化锆、磷酸钙等),致密度可高达96%以上。
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