3D打印機在陶瓷行業(yè)上的應(yīng)用分析

1、我們知道，陶瓷是一種傳統(tǒng)的無機材料，精美實用，已經(jīng)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(tǒng)陶瓷制作工藝只能制造簡單三維形狀的產(chǎn)品，而且成本高、周期長。陶瓷3d打印技術(shù)的發(fā)展使復(fù)雜陶瓷產(chǎn)品制作成為可能，3d打印技術(shù)所具有的操作簡單、速度快、精度高等優(yōu)點給陶瓷注入了新的活力。一、材料及使用陶瓷材料具有高強度、高硬度、耐高溫、低密度、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)異特點，是三大固體材料之一?，F(xiàn)在陶瓷3d打印制作的主要有氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、磷酸鈣陶瓷等。二、用途廣泛的陶瓷材料陶瓷3d打印可以制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高精度的多功能陶瓷，在建筑、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、航天航空等領(lǐng)域?qū)玫綇V泛的使用，在陶

2、瓷形芯、骨科替代物、催化器等方向具有很好的使用未來，將給我們的生活帶來巨大改變。配料根據(jù)成形技術(shù)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(jié)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(tài)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(xué)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(jié)劑等的混合物，用于激光燒結(jié)、粘接等;陶瓷薄片，片壓成形、粘接。3d打印成形運用3d打印技術(shù)實現(xiàn)陶瓷零件成形，得到特定形狀結(jié)構(gòu)的陶瓷坯體。具體方式見后文對各種陶瓷3d打印成形技術(shù)的介紹。坯體后處理對陶瓷坯體進行清洗、表面增強、修復(fù)、干燥等后處理，使坯體的強

3、度、精度等性能達到要求，有利于之后的熱處理環(huán)節(jié)。脫脂和燒結(jié)將完好的坯體放入爐子中，按照設(shè)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(xiàn)缺陷的階段;加熱到1000多實現(xiàn)致密化、形成陶瓷，這是晶粒長大、晶界形成、實現(xiàn)陶瓷強度的過程，決定著制品的最終性能。燒結(jié)完成等冷卻后便可得到最終的陶瓷產(chǎn)品了。陶瓷3d打印成形技術(shù)現(xiàn)在陶瓷3d打印成形技術(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)。運用這些技術(shù)打印得到的陶瓷坯體經(jīng)過高溫脫脂和燒結(jié)

4、后便可得到陶瓷零件。根據(jù)成形方式和運用原料的不一樣，每種打印技術(shù)都有自己的優(yōu)缺點，發(fā)展程度也有差距。噴墨打印技術(shù)(ijp)主要分為三維打印和噴墨沉積法。三維打印是由mit開發(fā)出來的，首先將粉末鋪在工作臺上，通過噴嘴把粘結(jié)劑噴到選定的區(qū)域，將粉末粘結(jié)在一起，形成一個層，而后，工作臺下降，填粉后重復(fù)上述過程直至做出整個部件。所用的粘結(jié)劑有硅膠、高分子粘結(jié)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(jié)構(gòu)，但是坯體需要后處理，而且精度低、強度低。噴墨沉積法是由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。該工藝的關(guān)鍵是配

5、置出分散均勻的陶瓷懸浮液，現(xiàn)在運用的陶瓷材料有zro2、tio2、al2o3等。制約其發(fā)展的原因主要是陶瓷墨水的配置和噴墨打印頭的堵塞。漿料擠出成形技術(shù)(相似fdm)與塑料3d打印的熔融沉積成形(fdm)相似，基本都是由供料輥、導(dǎo)向套和噴頭3個結(jié)構(gòu)組件相互搭配來實現(xiàn)。首先熱熔性絲狀材料(混有陶瓷粉末的噴絲)經(jīng)過供料輥，在從動輥和主動輥的配合作用下進入導(dǎo)向套，利用導(dǎo)向套的低摩擦性質(zhì)使得絲狀材料精準連續(xù)地進入噴頭。材料在噴頭內(nèi)加熱熔化后擠出噴嘴，擠出后的陶瓷高分子復(fù)合材料因為溫差而凝固，按照規(guī)劃好的原件造型進行3d打印。也有部分工藝采用高粘度的陶瓷漿料作為原材料，直接通過噴嘴擠出后在空氣中干燥固化

6、。本技術(shù)雖然可以實現(xiàn)多種材料組合，但擠出最小直徑有限，在結(jié)構(gòu)上受到局限，精度較低，比較適用于陶瓷工藝品和多孔材料的生物制造領(lǐng)域。本技術(shù)需要設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)、噴頭溫度高、對于原料的要求高。分層實體制造技術(shù)(lom)一種薄片材料疊加工藝，又稱為薄形材料選擇性切割。直接通過激光切割薄膜材料(含粘結(jié)劑)，移動升降工作臺，切割新的一層薄膜材料疊加在之前的一層材料上，在熱粘壓部件的作用下粘結(jié)成形，是一種直接由層到立體零件的過程。成形速度快，適合用于制造層狀復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件;不需要設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，后期處理過程比較簡單。陶瓷薄片材料可以利用流延法制作得到，國內(nèi)外對流延法制作陶瓷薄片材料的技術(shù)也已經(jīng)比較成熟，原料的獲得方

7、便快捷。但是，由于采用的薄膜材料需要進行切割疊加，不可避免地產(chǎn)生大量材料浪費的現(xiàn)象，利用率有待提升。同時打印過程采用的激光切割增加了打印成本。不合適打印復(fù)雜、中空的零件，層與層之間存在較為顯著的臺階效應(yīng)，最終成品的邊界需要進行拋光打磨處理。激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)(sls)主要通過壓輥、激光器、工作臺3個結(jié)構(gòu)組件相互搭配來實現(xiàn)陶瓷3d打印。通過壓輥將粉末鋪在工作臺上，電腦控制激光束掃描規(guī)定范圍的粉末，粉末中的粘結(jié)劑經(jīng)激光掃描熔化，形成層狀結(jié)構(gòu)。掃描結(jié)束后，工作臺下降，壓輥鋪上一層新的粉末，經(jīng)激光再次掃描，與之前一層已固化的片狀陶瓷粘結(jié)，反復(fù)操作同一步驟，最終打印出成品。由于直接對陶瓷進行燒結(jié)比較困難，

8、需在陶瓷粉中加入粘結(jié)劑或者將原料制成覆膜陶瓷的結(jié)構(gòu)。粘結(jié)劑的種類、用量以及加入粘結(jié)劑后的陶瓷密度低、力學(xué)性能差等方面的問題一直制約著該技術(shù)的發(fā)展，難以得到高精度、高強度、高致密度的陶瓷零件。同時，由于運用激光，該技術(shù)打印陶瓷零件成本高、后期維護較為繁瑣。立體光刻技術(shù)(sla)又稱光固化成形技術(shù)。根據(jù)光源種類及作用方式的不一樣，分為激光掃描固化(sla)和dlp(digitallightprocessing，數(shù)字光處理)面固化工藝。sla技術(shù)是通過激光的掃描曝光實現(xiàn)單層的固化。通過紫外激光束，按照規(guī)劃好的原件層截面，聚焦到工作槽中的陶瓷光敏樹脂混合液體，逐點固化，由點及線，由線到面。通過xy方向

9、固化成面后，通過升降臺在z軸方向的移動，層層疊加完成三維打印陶瓷零件。dlp技術(shù)是通過面光源的投影曝光實現(xiàn)單層的固化。以能在紫外光下固化的液態(tài)樹脂為粘結(jié)劑，與陶瓷粉體等原料混合配制出陶瓷漿料，計算機根據(jù)每個截面的輪廓線控制紫外光照射相應(yīng)區(qū)域，漿料很快固化形成一層輪廓，逐層疊加，新固化的一層粘結(jié)在前一層上，如此重復(fù)直至成形完畢。光固化成形技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)較為成熟，適用于制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的零件，已有公司研究出光固化3d打印設(shè)備。如果您還想要了解更多關(guān)于3d打印機的知識，可以致電極光爾沃官方熱線、登錄官網(wǎng)留言、或者關(guān)注其微信公眾號等都是可以的，小編看到消息會第一時間給您回復(fù)。深圳市極光爾沃科技股份有限公司成立于2009年，是國內(nèi)專業(yè)的3d打印機研發(fā)及制造商，專注于3d打印技術(shù)開發(fā)及綜合應(yīng)用，業(yè)務(wù)領(lǐng)域涵蓋3d打印機、3d掃描儀、耗材、3d打印教育課程服務(wù)。極光爾沃建立大型的標準現(xiàn)代化生產(chǎn)線，年產(chǎn)能達六萬臺，產(chǎn)品檢測均執(zhí)行iso9001-2015的國際質(zhì)量標準，按照“全員參與，持續(xù)改善，精益求精，客戶滿意”的質(zhì)量方針，嚴格把控產(chǎn)品出廠前的質(zhì)量檢測、安全檢測。目前極光爾沃已經(jīng)建立行業(yè)最完整的標準檢測流程體系，為行業(yè)