谷研究 l 看通过FDM熔融沉积技术3D打印陶瓷是如何实现的?

陶瓷3D打印一直是大家非常关注的话题,因为陶瓷的应用领域非常广泛,涵盖科研、医疗、工业、建筑及首饰等,尤其是具有许多有利性能的高级陶瓷材料更是航空航天及国防等领域需要的材料,而3D打印的陶瓷产品能保证良好的表面质量及各种良好性能。

目前,陶瓷3D打印的技术主要有,激光扫描固化成型技术(SLA)、数字光处理技术(DLP),粘结剂喷射技术(3DP)、FDM熔融沉积技术。陶瓷作为一种传统的无机材料,已经有上千年的历史。但是对于3D打印领域来说,却是一个新兴的材料。由于陶瓷材料本身的脆性,所以在3D打印领域一直鲜有人涉足。

还有一种陶瓷制造技术叫做Robocasting,通过挤出陶瓷浆料来3D打印陶瓷制品。不过陶瓷浆料粘度随着挤出过程的剪切而下降。一旦糊料被挤出,材料上的剪切应力就会降低,粘度会升高,使挤出物返回到稠厚的糊状稠度。虽然机器人可以产生中空蜂窝等几何构造,但是3D打印陶瓷制品的分辨率是粗糙的,难以获得高密度的陶瓷。

block 更强更致密

根据3D科学谷的市场研究,美国的大型国防合约商雷神公司(Raytheon Company)正在探索通过FDM熔融沉积技术来实现陶瓷产品的3D打印。

FDM Ceramic

在长宽比为至少2:1的陶瓷中使用添加剂以制成长丝,然后通过FDM技术进行3D打印使得陶瓷产品具有纹理化的微结构和表面,并可以增强自然界中不存在的物理和化学性质。

根据3D科学谷的了解,这种方法可以合成具有自然界中不存在的新型材料,通过利用陶瓷的各向异性特性,这种方法可以获得单晶材料。此外,还可以通过纤维增强来实现增强的微结构。这其中,添加剂可包括任何结晶材料,合成材料或聚合物材料。合适的添加剂包括白榴石,二硅酸锂,氮化硅,玻璃(例如二氧化硅)或其任何组合。

FDM Ceramic 1

此外,还可以通过HIP热等静压过程来进一步减少或消除可能残留的任何残余孔隙。HIP过程降低了孔隙率并增加了陶瓷材料的密度,此外,HIP过程还可以改善陶瓷产品的机械性能。

block 3D科学谷Review

在国内,工业陶瓷3D打印可谓是一项比较新的技术,最近两三年才开始出现在市场上。除了国外的企业,国内也有一批自主研发的工业陶瓷3D打印设备的企业,比如北京十维科技,浙江迅实科技,深圳长朗,中瑞科技,昆山博力迈,因泰莱等。下面先给大家介绍一些相关产品。

北京十维科技与清华大学机械系联合研发了基于DLP技术的高精度DLP陶瓷3D打印机,可以打印氧化铝、氧化锆、生物陶瓷等多种陶瓷材料,适用于航空航天、医疗、高端定制文化产品等多个方面。

浙江迅实研发的高固含量陶瓷3D打印机可用于打印陶瓷插针、电子陶瓷器件、多孔陶瓷过滤件、陶瓷牙齿等尺寸小、形状复杂、精度高的产品,适合应用于工业、艺术、医疗等多领域。

深圳长朗推出的CeraForm100陶瓷3D打印机是基于光刻陶瓷烧结技术LCS开发的设备,打印出的陶瓷制品,表面质量好、成型精度高,有着与传统材料相当高重复性、高致密度(高达99%以上)的优异性能。

昆山博力迈的陶瓷3D打印机采用激光扫描固化高陶瓷含量浆料,能打印尺寸为200mm×200mm×150mm的氧化锆、氧化铝和生物陶瓷工件,在打印过程中,激光功率、激光光斑大小和扫描速度可变,具有打印梯度成分和梯度结构工件的优势,主要用于制作耐高温的航空航天器件、汽车发动机器件、化学反应器、医用植入体和高档饰件等。

武汉因泰莱激光科技研发的工业陶瓷材料激光3D打印机可应用于航天、军工电子、教育科研、艺术品等行业。

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