深度、全面 解析陶瓷3D打印工藝與裝備
時間：2019-05-14 15:18 來源：南極熊 作者：中國3D打印網 閱讀：次
先進陶瓷材料與成型加工
先進陶瓷材料
應用方向
高溫陶瓷
半導體陶瓷
絕緣陶瓷
介電陶瓷
發光陶瓷
感光陶瓷
吸波陶瓷
激光陶瓷
核能陶瓷
推進劑陶瓷
儲能陶瓷
電池電極陶瓷
阻尼陶瓷
生物支架陶瓷
催化載體陶瓷
功能薄膜陶瓷
先進陶瓷成型與加工
• ΔM<0(減材) 材料去除(車、銑、磨等) 300多年前
• ΔM>0(增材) 材料累加(3D打印技術等) 30多年前
定制化設計制造超復雜跨尺度結構
設計自由度更大，開創基 于功能設計的新時代
通過原型快速驗證，反復 迭代，加快產品設計開發
成本低
提高材料利用率，近100%， 特別是戰略昂貴資源
無需模具，降低原型制造與 模型開發的成本
材料:聚合光敏樹脂+陶瓷粉末/前驅體陶瓷
特點:精度高，成型尺寸大，材料用量較多
難點:陶瓷粉末對光的吸收和散射
◼ 材料:聚合光敏樹脂+陶瓷粉末/前驅體陶瓷
◼ 特點:精度高，速度快，節約材料
◼ 難點:尺寸有限，精度提升空間不夠
◼ 材料:前驅體陶瓷(透明)
◼ 特點:精度高，速度慢，尺寸小 ◼ 難點:尺寸，速度
IJP陶瓷3D打印技術
◼ 設備:桌面級、工業級
◼ 材料:溶劑+陶瓷粉末
◼ 特點:定位精度高，速度慢，厚度薄 ◼ 難點:無法制作懸臂梁或中空件
DIW陶瓷3D打印技術
◼ 設備:桌面級，自制
◼ 材料:溶劑+陶瓷粉末/前驅體陶瓷
◼ 特點:精度低，速度慢，厚度小，藝術創作 ◼ 難點:無法制作懸臂梁
3DP陶瓷3D打印技術
◼ 設備:桌面級，工業級
◼ 材料:溶劑+陶瓷粉床/前驅體陶瓷
◼ 特點:用料較多，精度低，粗糙度大，致密度低 ◼ 難點:粗糙度大，致密度較低
SLS陶瓷3D打印技術
◼ 設備:工業級3D打印機
◼ 材料:陶瓷粉床+低熔點粘接材料
◼ 特點:精度高，近乎無限復雜結構
◼ 難點:致密度的提高需更多后處理
SLM陶瓷3D打印技術
◼ 設備:工業級3D打印機
◼ 材料:陶瓷粉床
◼ 特點:設備貴，精度低，表面粗糙度大，致密度低
◼ 難點:應力集中導致的缺陷
LOM陶瓷3D打印技術
◼ 設備:工業級3D打印機
◼ 材料:陶瓷薄板
◼ 特點:精度高，速度快，材料利用率低
◼難點:層間粘接差，各向異性
FDM陶瓷3D打印技術
◼ 設備:工業級3D打印機
◼ 材料:陶瓷絲材
◼ 特點:精度低，表面粗糙度大
◼ 難點:層間控制
陶瓷3D打印技術對比
3D打印技術應用概述
陶瓷3D打印裝備-光固化
陶瓷3D打印裝備-其他原理
陶瓷3D打印裝備-擠出直寫
有機物前驅體陶瓷用于3D打印
2016年美國HRL實驗室采用光固化3D打印技術制備出任意形 狀超強前驅體轉化陶瓷SiOC等結構件，論文發表在Science上
CLIP連續光固化3D打印技術
連續打印，速度提升100倍，表面無臺階現象，制造微結構
真正的一次性成形3D打印技術
總結與展望
◼ 工業級陶瓷3D打印技術和設備門檻較高，成本也較高，需要從設備、原材料、燒結、 后處理等多方緊密配合研究;
◼ 打印效率還需進一步提升，生產流程更加簡單化、自動化和一體化;
◼ 光固化和粘接劑噴射3D打印工藝為目前較優的陶瓷打印工藝，特別是光固化工藝具 有較好的成型效果;
◼ 目前3D打印陶瓷還存在表面質量不夠理想，精度較低等問題。可從陶瓷材料成型理 化規律入手，研究新型陶瓷3D打印工藝予以解決;
◼ 針對新興應用，研發新型3D打印用高性能陶瓷材料。
解決方案
陶瓷DLP光固化、高分子、金屬等工業級3D打印機;
陶瓷材料:ZrO2/Al2O3/SiO2/羥基磷灰石/陶瓷電極漿料及前驅體材料等
成型幅面:57.632.4-14481mm，像素30-75μm
成型精度:10μm，達到與國際領先產品相當的水平
產品優勢:自動智能支撐/亞像素曝光算法/尺寸收縮補償
高性價比FDM/LCD光固化消費級3D打印機;
航空航天/生物醫療/汽車模具/珠寶首飾等應用。
技術優勢
金屬、陶瓷、高分子等低成本高速批量化3D打印; 材料、軟件、控制、設備協同優化。
先進陶瓷材料
高溫陶瓷
半導體陶瓷
絕緣陶瓷
介電陶瓷
發光陶瓷
感光陶瓷
吸波陶瓷
激光陶瓷
核能陶瓷
推進劑陶瓷
儲能陶瓷
電池電極陶瓷
阻尼陶瓷
生物支架陶瓷
催化載體陶瓷
功能薄膜陶瓷
我等國先進陶瓷產值及預測
陶瓷3D打印技術發展與現狀
制造業的大變革
• ΔM=0(等材) 材料成形(鑄、鍛、焊等) 3000多年前• ΔM<0(減材) 材料去除(車、銑、磨等) 300多年前
• ΔM>0(增材) 材料累加(3D打印技術等) 30多年前
3D打印技術原理
3D打印:又稱為增材制造(Additive Manufacturing)、快速成型(Rapid Prototyping)、無模成型(Freeform Fabrication)等，以智能化處理后的3D數 字模型文件為基礎，通過逐層增加材料的方式來構造任意復雜的3D實體形狀
3D打印應用優勢分析
3D打印具有實現超復雜結構制造、定制化設計制造 兩大絕對優勢，同時具有:成本低、周期短兩大相對優勢。
定制化設計制造超復雜跨尺度結構
設計自由度更大，開創基 于功能設計的新時代
通過原型快速驗證，反復 迭代，加快產品設計開發
成本低
提高材料利用率，近100%， 特別是戰略昂貴資源
無需模具，降低原型制造與 模型開發的成本
周期短
直接由設計數據轉化為三維實體，所想即所得
一體化制造，減少或無需 組裝環節，提高生產效率
3D打印技術發展歷程
陶瓷3D打印流程圖
陶瓷3D打印技術分類
SL陶瓷3D打印技術
設備:桌面級、工業級3D打印機材料:聚合光敏樹脂+陶瓷粉末/前驅體陶瓷
特點:精度高，成型尺寸大，材料用量較多
難點:陶瓷粉末對光的吸收和散射
DLP陶瓷3D打印技術
◼設備:桌面級、工業級，也有CLIP 3D打印機◼ 材料:聚合光敏樹脂+陶瓷粉末/前驅體陶瓷
◼ 特點:精度高，速度快，節約材料
◼ 難點:尺寸有限，精度提升空間不夠
TPP陶瓷3D打印技術
◼ 設備:桌面級、工業級◼ 材料:前驅體陶瓷(透明)
◼ 特點:精度高，速度慢，尺寸小 ◼ 難點:尺寸，速度
IJP陶瓷3D打印技術
◼ 設備:桌面級、工業級
◼ 材料:溶劑+陶瓷粉末
◼ 特點:定位精度高，速度慢，厚度薄 ◼ 難點:無法制作懸臂梁或中空件
◼ 設備:桌面級，自制
◼ 材料:溶劑+陶瓷粉末/前驅體陶瓷
◼ 特點:精度低，速度慢，厚度小，藝術創作 ◼ 難點:無法制作懸臂梁
◼ 設備:桌面級，工業級
◼ 材料:溶劑+陶瓷粉床/前驅體陶瓷
◼ 特點:用料較多，精度低，粗糙度大，致密度低 ◼ 難點:粗糙度大，致密度較低
SLS陶瓷3D打印技術
◼ 設備:工業級3D打印機
◼ 材料:陶瓷粉床+低熔點粘接材料
◼ 特點:精度高，近乎無限復雜結構
◼ 難點:致密度的提高需更多后處理
◼ 設備:工業級3D打印機
◼ 材料:陶瓷粉床
◼ 特點:設備貴，精度低，表面粗糙度大，致密度低
◼ 難點:應力集中導致的缺陷
LOM陶瓷3D打印技術
◼ 設備:工業級3D打印機
◼ 材料:陶瓷薄板
◼ 特點:精度高，速度快，材料利用率低
◼難點:層間粘接差，各向異性
FDM陶瓷3D打印技術
◼ 設備:工業級3D打印機
◼ 材料:陶瓷絲材
◼ 特點:精度低，表面粗糙度大
◼ 難點:層間控制
陶瓷3D打印技術發展
陶瓷3D打印應用與設備
主流3D打印用先進陶瓷材料3D打印技術應用概述
陶瓷3D打印裝備-光固化
陶瓷3D打印裝備-其他原理
陶瓷3D打印裝備-擠出直寫
結論與展望
陶瓷3D打印產值預測有機物前驅體陶瓷用于3D打印
2016年美國HRL實驗室采用光固化3D打印技術制備出任意形 狀超強前驅體轉化陶瓷SiOC等結構件，論文發表在Science上
CLIP連續光固化3D打印技術
連續打印，速度提升100倍，表面無臺階現象，制造微結構
真正的一次性成形3D打印技術
總結與展望
◼ 工業級陶瓷3D打印技術和設備門檻較高，成本也較高，需要從設備、原材料、燒結、 后處理等多方緊密配合研究;
◼ 打印效率還需進一步提升，生產流程更加簡單化、自動化和一體化;
◼ 光固化和粘接劑噴射3D打印工藝為目前較優的陶瓷打印工藝，特別是光固化工藝具 有較好的成型效果;
◼ 目前3D打印陶瓷還存在表面質量不夠理想，精度較低等問題。可從陶瓷材料成型理 化規律入手，研究新型陶瓷3D打印工藝予以解決;
◼ 針對新興應用，研發新型3D打印用高性能陶瓷材料。
解決方案
陶瓷DLP光固化、高分子、金屬等工業級3D打印機;
陶瓷材料:ZrO2/Al2O3/SiO2/羥基磷灰石/陶瓷電極漿料及前驅體材料等
成型幅面:57.632.4-14481mm，像素30-75μm
成型精度:10μm，達到與國際領先產品相當的水平
產品優勢:自動智能支撐/亞像素曝光算法/尺寸收縮補償
高性價比FDM/LCD光固化消費級3D打印機;
航空航天/生物醫療/汽車模具/珠寶首飾等應用。
技術優勢
金屬、陶瓷、高分子等低成本高速批量化3D打印; 材料、軟件、控制、設備協同優化。
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