小白一文讀懂什么是陶瓷3D打印技術(shù)？
時間：2018-07-18 21:46 來源：南極熊 作者：中國3D打印網(wǎng) 閱讀：次
陶瓷是一種傳統(tǒng)的無機(jī)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)陶瓷制備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)品制備成為可能，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。國外已有很多研究，出現(xiàn)了3DCeram、Lithoz等專注陶瓷3D打印的公司。目前國內(nèi)陶瓷3D打印技術(shù)還不夠成熟，清華大學(xué)、西安交通大學(xué)等科研單位正在鉆研，也涌現(xiàn)出了十維科技等敢于探索的企業(yè)。
材料及應(yīng)用
陶瓷材料具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、低密度、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)異特性，是三大固體材料之一。目前陶瓷3D打印制備的主要有氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、磷酸鈣陶瓷等。
陶瓷3D打印可以制備結(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泛的應(yīng)用，在陶瓷形芯、骨科替代物、催化器等方向具有很好的應(yīng)用前景，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
使用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。具體方法見后文對各種陶瓷3D打印成形技術(shù)的介紹。
坯體后處理
對陶瓷坯體進(jìn)行清洗、表面增強(qiáng)、修復(fù)、干燥等后處理，使坯體的強(qiáng)度、精度等性能達(dá)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(jìn)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(jī)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(qiáng)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)
目前陶瓷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)。使用這些技術(shù)打印得到的陶瓷坯體經(jīng)過高溫脫脂和燒結(jié)后便可得到陶瓷零件。根據(jù)成形方法和使用原料的不同，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。
推出3D打印藍(lán)白相間瓷花瓶
2018年邁阿密/巴塞爾設(shè)計節(jié)期間，galerie VIVID展出了一套由olivier van herpt設(shè)計的藍(lán)白相間3D打印瓷花瓶系列并將其命名為“blue and white”，花瓶的高度為70厘米。花瓶的瓶壁非常輕薄，因設(shè)計師對3D打印機(jī)進(jìn)行了開發(fā)，可以在打印期間保證花瓶形狀的同時插入堅硬的粘土瓶身。
荷蘭著名的代爾夫特藍(lán)瓷，代替了昂貴的中國瓷器，成為了人們能夠負(fù)擔(dān)得起的代替品， olivier van herpt由打造這套藍(lán)白相間瓷器。該套花瓶系列由多重黏土打造而成，采用了設(shè)計師親子開發(fā)的3D打印機(jī)器。藍(lán)色的圖案代表了人與機(jī)器之間的相互作用，瓷器在進(jìn)入擠壓機(jī)之前采用鈷綠顏料手工上色，之后再用3D打印機(jī)進(jìn)行重塑。這套藍(lán)白相間花瓶系列是專門為galerie VIVID設(shè)計的，現(xiàn)于2018年邁阿密/巴塞爾設(shè)計節(jié)期間展出。
材料及應(yīng)用
陶瓷材料具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、低密度、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)異特性，是三大固體材料之一。目前陶瓷3D打印制備的主要有氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、磷酸鈣陶瓷等。
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。
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。
使用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。具體方法見后文對各種陶瓷3D打印成形技術(shù)的介紹。
坯體后處理
對陶瓷坯體進(jìn)行清洗、表面增強(qiáng)、修復(fù)、干燥等后處理，使坯體的強(qiáng)度、精度等性能達(dá)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(jìn)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(jī)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(qiáng)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。
目前陶瓷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)。使用這些技術(shù)打印得到的陶瓷坯體經(jīng)過高溫脫脂和燒結(jié)后便可得到陶瓷零件。根據(jù)成形方法和使用原料的不同，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。
2018年邁阿密/巴塞爾設(shè)計節(jié)期間，galerie VIVID展出了一套由olivier van herpt設(shè)計的藍(lán)白相間3D打印瓷花瓶系列并將其命名為“blue and white”，花瓶的高度為70厘米。花瓶的瓶壁非常輕薄，因設(shè)計師對3D打印機(jī)進(jìn)行了開發(fā)，可以在打印期間保證花瓶形狀的同時插入堅硬的粘土瓶身。
荷蘭著名的代爾夫特藍(lán)瓷，代替了昂貴的中國瓷器，成為了人們能夠負(fù)擔(dān)得起的代替品， olivier van herpt由打造這套藍(lán)白相間瓷器。該套花瓶系列由多重黏土打造而成，采用了設(shè)計師親子開發(fā)的3D打印機(jī)器。藍(lán)色的圖案代表了人與機(jī)器之間的相互作用，瓷器在進(jìn)入擠壓機(jī)之前采用鈷綠顏料手工上色，之后再用3D打印機(jī)進(jìn)行重塑。這套藍(lán)白相間花瓶系列是專門為galerie VIVID設(shè)計的，現(xiàn)于2018年邁阿密/巴塞爾設(shè)計節(jié)期間展出。
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