2025年最全的陶瓷材料3D打印技术解析.doc

史上最全的陶瓷材料3D打印技术解析

南极熊3D打印网-07-11目前已經陆续出現某些陶瓷3D打印机，价格100萬到500萬人民币的均有。南极熊但愿下文可以給讀者带来全面的认识。“增材制造”的理念区别于老式的“清除型”制造。老式数控制造一般是在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等措施，清除多出材料，得到零部件，再以拼接、焊接等措施组合成最终产品。而“增材制造”与之不一样，無需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通過增長材料的措施生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产生的研制周期，提高效率并減少成本。陶瓷材料具有优良高温性能、高强度、高硬度、低密度、好的化學稳定性，使用其在航天航空、汽車、生物等行业得到广泛应用。而陶瓷难以成型的特點又限制了它的使用，尤其是复杂陶瓷制件的成型均借助于复杂模具来实現。复杂模具需要较高的加工成本和较長的開发周期，并且，模具加工完毕後，就無法對其進行修改，這种状况越来越不适应产品的改善即更新换代。采用迅速成型技术制备陶瓷制件可以克服上述缺陷。迅速成型也叫自由实体造型，是20世纪60年代中期兴起的快乐技术。1.陶瓷3D打印迅速成型技术的本质是采用积分法制造三维实体，在成型過程中，先用三维造型软件在计算机生成部件的三维实体模型，而後用分层软件對其進行分层处理，即将三维模型提成一系列的层，将每一层的信息传送到成型机，通過材料的逐层添加得到三维实体制件。跟老式模型制作相比，3D打印具有老式模具制作所不具有的优势：1.制作精度高。通過的发展，3D打印的精度有了大幅度的提高。目前市面上的3D打印成型的精度基本上都可以控制在0.3mm如下；2.制作周期短。老式模型制作往往需要通過模具的设计、模具的制作、制作模型、修整等工序，制作的周期長。而3D打印则清除了模具的制作過程，使得模型的生产時间大大缩短，一般几种小時甚至几拾分钟就可以完毕一种模型的打印；3.可以实現個性化制作。3D打印對于打印的模型数量毫無限制，不管一种還是多种都可以以相似的成本制作出来，這個优势為3D打印開拓新的市場奠定了坚实的基础；4.制作材料的多样性。一种3D打印系统往往可以实現不一样材料的打印，而這种材料的多样性可以满足不一样领域的需要。例如金属、石料、高分子材料都可以应用于3D打印。5.制作成本相對低。虽然目前3D打印系统和3D打印材料比较贵，但假如用来制作個性化产品，其制作成本相對就比较低了。加上目前新的材料不停出現，其成本下降将是未来的一种趋势。有人說在此後的拾年左右，3D打印将會走進一般百姓家裏。2陶瓷3D打印的重要技术分类3D打印用的陶瓷粉末是陶瓷粉末和某一种粘結剂粉末所构成的混合物。由于粘結剂粉末的熔點较低，激光烧結時只是将粘結剂粉末熔化而使陶瓷粉末粘結在一起。在激光烧結之後，需要将陶瓷制品放入到温控炉中，在较高的温度下進行後处理。陶瓷粉末和粘結剂粉末的配比會影响到陶瓷零部件的性能。粘結剂分量越多，烧結比较轻易，但在後处理過程中零件收缩比较大，會影响零件的尺寸精度，粘結剂分量少，则不易烧結成型。颗粒的表面形貌及原始尺寸對陶瓷材料烧結性能非常重要，陶瓷颗粒越小，表面越靠近球形，陶瓷层的烧結质量越好。陶瓷粉末在激光直接迅速烧結時，液相表面张力大，在迅速凝固過程中會产生较大的热应力，從而形成较多的微裂纹。目前，陶瓷直接迅速成型工艺尚未成熟，国内外正处在研究阶段，還没有实現商品化。目前，比较成熟的迅速成型措施有如下几种：分层实体制造(简称LOM）；熔化沉积造型（简称FDM）；形状沉积成型（简称SDM）；立体光刻（简称SLA）；选区激光烧結（简称SLS)；喷墨打印法(简称IJM）。2.1分层实体制造（LOM）分层实体制造采用背面涂有热熔胶的薄膜材料為原料，用激光将薄膜依次切成零件的各层形状叠加起来成為实体件，层与层间的粘結依托加热和加压来实現。LOM最初使用的材料是紙，做出的部件相称于木模，可用于产品设计和铸造行业。美国LonePeak企业、WesternReserve和Dayton大學等已經用LOM措施制备陶瓷件，采用的原料為陶瓷膜，陶瓷膜是用老式的流延法制备的。采用LOM法制备的陶瓷材料有Al2O3,Si3N4,AlNSiC,ZrO2等。LOM法制备的陶瓷件一般是用平面陶瓷膜相叠加而成的，目前已開发出以曲面陶瓷膜相叠加的成型工艺，這一工艺是根据制备曲面陶瓷/纤维复合材料的需要生产的，Klostnman等人采用曲面LOM法制备了SiC/SiC纤维复合材料，与平面LOM工艺相比，曲面LOM工艺可保证曲面上纤维的持续性，而到达最佳的力學性能。此外，曲面LOM工艺制备的陶瓷件尚有無阶梯效应、表面光洁度高、加工速度