看通過FDM熔融沉積技術3D打印陶瓷是如何實現的?

陶瓷3D打印一直是大家非常關注的話題,因為陶瓷的應用領域非常廣泛,涵蓋科研、醫療、工業、建筑及首飾等,尤其是具有許多有利性能的高級陶瓷材料更是航空航天及國防等領域需要的材料,而3D打印的陶瓷產品能保證良好的表面質量及各種良好性能。

目前,陶瓷3D打印的技術主要有,激光掃描固化成型技術(SLA)、數字光處理技術(DLP),粘結劑噴射技術(3DP)、FDM熔融沉積技術。陶瓷作為一種傳統的無機材料,已經有上千年的歷史。但是對于3D打印領域來說,卻是一個新興的材料。由于陶瓷材料本身的脆性,所以在3D打印領域一直鮮有人涉足。

還有一種陶瓷制造技術叫做Robocasting,通過擠出陶瓷漿料來3D打印陶瓷制品。不過陶瓷漿料粘度隨著擠出過程的剪切而下降。一旦糊料被擠出,材料上的剪切應力就會降低,粘度會升高,使擠出物返回到稠厚的糊狀稠度。雖然機器人可以產生中空蜂窩等幾何構造,但是3D打印陶瓷制品的分辨率是粗糙的,難以獲得高密度的陶瓷。

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更強更致密

根據3D科學谷的市場研究,美國的大型國防合約商雷神公司(Raytheon Company)正在探索通過FDM熔融沉積技術來實現陶瓷產品的3D打印。

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在長寬比為至少2:1的陶瓷中使用添加劑以制成長絲,然后通過FDM技術進行3D打印使得陶瓷產品具有紋理化的微結構和表面,并可以增強自然界中不存在的物理和化學性質。

根據3D科學谷的了解,這種方法可以合成具有自然界中不存在的新型材料,通過利用陶瓷的各向異性特性,這種方法可以獲得單晶材料。此外,還可以通過纖維增強來實現增強的微結構。這其中,添加劑可包括任何結晶材料,合成材料或聚合物材料。合適的添加劑包括白榴石,二硅酸鋰,氮化硅,玻璃(例如二氧化硅)或其任何組合。

此外,還可以通過HIP熱等靜壓過程來進一步減少或消除可能殘留的任何殘余孔隙。HIP過程降低了孔隙率并增加了陶瓷材料的密度,此外,HIP過程還可以改善陶瓷產品的機械性能。

3D科學谷Review

在國內,工業陶瓷3D打印可謂是一項比較新的技術,最近兩三年才開始出現在市場上。除了國外的企業,國內也有一批自主研發的工業陶瓷3D打印設備的企業,比如北京十維科技,浙江迅實科技,深圳長朗,中瑞科技,昆山博力邁,因泰萊等。下面先給大家介紹一些相關產品。

北京十維科技與清華大學機械系聯合研發了基于DLP技術的高精度DLP陶瓷3D打印機,可以打印氧化鋁、氧化鋯、生物陶瓷等多種陶瓷材料,適用于航空航天、醫療、高端定制文化產品等多個方面。

浙江迅實研發的高固含量陶瓷3D打印機可用于打印陶瓷插針、電子陶瓷器件、多孔陶瓷過濾件、陶瓷牙齒等尺寸小、形狀復雜、精度高的產品,適合應用于工業、藝術、醫療等多領域。

深圳長朗推出的CeraForm100陶瓷3D打印機是基于光刻陶瓷燒結技術LCS開發的設備,打印出的陶瓷制品,表面質量好、成型精度高,有著與傳統材料相當高重復性、高致密度(高達99%以上)的優異性能。

昆山博力邁的陶瓷3D打印機采用激光掃描固化高陶瓷含量漿料,能打印尺寸為200mm×200mm×150mm的氧化鋯、氧化鋁和生物陶瓷工件,在打印過程中,激光功率、激光光斑大小和掃描速度可變,具有打印梯度成分和梯度結構工件的優勢,主要用于制作耐高溫的航空航天器件、汽車發動機器件、化學反應器、醫用植入體和高檔飾件等。

武漢因泰萊激光科技研發的工業陶瓷材料激光3D打印機可應用于航天、軍工電子、教育科研、藝術品等行業。


來源:3D打印

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