目前陶瓷行业会使用3D打印开模吗?

一、概述

3D打印陶瓷是以无模成形制造技术为基础，在陶瓷产品的个性化定制以及复杂内部结构的陶瓷成形等方面有着突出的优势。同时，同一种陶瓷打印机经过多种工艺参数的调整可实现多种材料体系的打印。在生物医疗领域的义齿、人工骨、生物支架等方面的陶瓷打印技术近年来成为了研究和产业化的热点。并且3D打印陶瓷技术在电子信息、航空航天、新能源以及生物工程等领域的研究和应用也在迅速的发展。

3D打印陶瓷技术包括：三维印刷成形技术、喷射打印成形技术、激光选区烧结技术、光固化快速成形技术、熔化沉积成形技术和叠层实体制造技术、浆料直写成形技术等。其中，光固化快速成形技术由于其更加精准的打印尺寸，在打印高精度陶瓷产品中是多种方案中最具有产业化潜质的。

光固化陶瓷3D打印技术是以光敏树脂材料为粘结剂，以氧化铝、氧化锆、二氧化硅等无机材料为填料，经过一定的工艺路线配方出可用于3D陶瓷打印的高固含量陶瓷浆料，陶瓷浆料通过3D陶瓷打印机打印成形为陶瓷素坯件，陶瓷素坯件经过一定的脱脂和烧结工艺成形为所需的陶瓷件。

国内外研究现状

基于陶瓷材料的3D打印技术在20世纪90年代初由Marcus、Sachs等[1,2]首次提出。目前国内外多名学者与研究人员在陶瓷3D打印技术领域进行了大量的研究。

目前国内的基本研究状况如下：

大连理工大学牛方勇、吴东江等利用激光近净成形技术及未添加任何粘结剂的纯陶瓷粉末直接制备了Al2O3/ZrO2共晶陶瓷薄壁结构。陶瓷结构的激光近净成形是激光、粉末及熔池的交互作用过程，需要激光束达到105W/cm2以上的功率密度才能实现高熔点陶瓷材料的熔化，成形过程中伴随着极大的温度梯度及热应力。同时由于陶瓷材料的本征脆性，导致裂纹的产生成为陶瓷激光近净成形过程中的主要缺陷，因此工艺参数优化的目标也主要集中于裂纹的抑制。

华中科技大学史玉升团队通过溶剂沉淀法将粘接剂尼龙12覆膜至纳米氧化锆粉末的表面，然后对覆膜后的粉体进行激光选区烧结成形，并通过传统的冷等静压技术对SLS零件进行致密化处理，经脱脂烧结后的氧化锆陶瓷烧式样的相对密度和维氏硬度分别达到了97%和1180 HV1。

另外，兰州理工大学徐慧文利用浆料微挤压快速成形技术对3Y-ZrO2全瓷牙冠制备工艺进行了研究。清华大学李亚运对陶瓷无模直写成形技术进行了研究。兰州理工大学宁会峰，阎相忠等对水基光固化陶瓷浆料的粘度与分散性进行了研究。西安交通大学李涤尘团队利用投影机中微小反射镜阵列(Digital micromirror device, DMD)形成投影图案，以发光二极管紫外光(UV-LED)作为光源，建立了陶瓷面曝光快速成形试验系统。利用该系统研究了自开发的可光固化磷酸钙陶瓷浆料的光固化性能，并实现了带有复杂网状结构的陶瓷多孔支架的制造。

国外也有多名学者和研究人员针对陶瓷3D打印技术开展了一定的研究工作：

E Özkol、W Zhang等研究了基于直接喷墨打印(DIP)技术开发了3Y-TZP和碳的水性油墨，并制备3Y-TZP牙修复体，并利用有限元分析，对该框架下的应力分布进行了数值模拟。Cappi B等采用有机添加剂将氮化硅(LPS-Si3N4)悬浮在水相介质中获得了陶瓷悬浮墨，并进一步制备出了陶瓷齿轮等三维零件。

Wang J等针对陶瓷直写成形技术研究了牙科瓷浆的流变和挤出行为，对陶瓷浆料的pH值以及直写成形过程中喷嘴高度、挤出速率、喷嘴运动速度和临界喷嘴高度等挤出参数进行了研究，并对挤压参数进行适当的组合，提出了确定这些挤压参数的公式和步骤，并在实验中加以验证。

S. Maleksaeedi等使用纯Al2O3为原料，以聚乙烯醇(PVA)为结合剂制备陶瓷浆料，利用三维打印技术成形，采用真空渗透技术增强陶瓷的性能，1650℃保温2h烧成制备氧化铝陶瓷。利用真空渗透技术，试样减少了因团聚而引起的大气孔，使得烧后试样密实度由37%增加到86%，固体含量在40%的试样的弯曲强度是对比试样的15倍。随着陶瓷浆料固体含量的增加，烧后试样的体积密度增加、气孔率减小，机械性能和表面光洁度增强。

C. Polzin等以粒径小于50μm的SiC细粉，制备陶瓷粉料，以Solupor-Binder聚合物作为液体结合剂，采用直接喷墨打印成形。在Ar气氛保护下，2200 ℃保温3 h可制备气孔率55%，抗压强度19.65 MPa，抗弯强度9.74 MPa，热膨胀系数为6.87×10-6 K-1的碳化硅多孔陶瓷。

目前企业用于陶瓷打印使用的材料主要为企业自身配方的匹配于设备的材料。若设备企业采取开源的形式，则客户可以利用配方好的材料和调节设备的工艺参数实现陶瓷素坯件的打印。

来源：知乎