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微納3D打印：突破傳統陶瓷制造局限，解鎖新材料潛力

時間：2024-09-18 10:48 來源：南極熊作者：admin 閱讀：次

陶瓷材料因其卓越的耐高溫性、耐腐蝕性以及良好的化學穩定性，在機械工程、化學工業、電子通訊以及生物醫療等多個領域獲得了廣泛的應用。然而，傳統的陶瓷加工方法，如注射成型、干壓成型、凝膠注射成型等，對模具的依賴度較高，難以滿足集成化、復雜化和精密化陶瓷制品快速制造的需求。與傳統的陶瓷加工技術相比，陶瓷增材制造技術打破了傳統陶瓷加工過度依賴模具的局限，無需模具即可快速生產出完全個性化的陶瓷產品，結構設計自由度高，并被認為是構成工業4.0的眾多顛覆性技術之一。
以創為序，開拓無人之境
根據Global Market Insights 2024年8月發布的市場研究報告，2023年陶瓷3D打印市場價值為6170萬美元，預計到2032年將達到3.65億美元，年復合增長率為11.5%，這一數據表明，陶瓷3D打印市場雖然目前仍屬于一個利基市場，但其增長潛力巨大，未來發展前景廣闊。

如今，在以高水平創新為驅動力，加速培育新型生產力的戰略背景下，摩方精密公司積極響應國家號召，不斷深化科技創新，致力于新材料的研發與應用邊界的拓展，加快增材制造技術的產業化步伐，為我國制造業的升級提供了強有力的技術支撐。
近年來，摩方精密在材料科學領域取得了顯著成就，連續推出了包括氧化鋁、氧化鋯以及聚合物SiOC陶瓷前驅體等多種自主研發的新型陶瓷材料。這些材料不僅豐富了市場選擇，提升了產品的性能指標，而且在航空航天、生物醫療、電子通信等高精尖領域展現了廣泛的應用前景。

超高打印精度、優秀的比強度、高陶瓷產率以及復雜高精度零部件的可加工性能，加之摩方精密微納3D打印技術所特有的均勻性高、內應力低、精度高的陶瓷生坯件制備能力，共同極大地推動了陶瓷材料在工程領域和極端環境中的廣泛應用。

以精為首，打通微納之差
5G毫米波通訊技術的到來促使基站濾波器朝著小型化、輕量化、形狀復雜化和低介電損耗化方向發展。為了兼顧濾波器尺寸和形狀設計的需要，具有適中介電常數、超低介電損耗和近零諧振頻率溫度系數的微波介質陶瓷已經成為毫米波通訊的首選。

中南大學劉紹軍課題組和河北工業大學胡寧團隊的程立金老師通過摩方精密面投影微立體光刻(PμSL)技術(microArch® S240，精度：10 μm)成功制備了高性能高精度的Mg2TiO4微波陶瓷，并澄清了加工參數（激光功率、曝光時間和鋪層厚度）對加工精度和介電性能的影響，最終制備出品質因子為142,000GHz的Mg2TiO4微波陶瓷。

DOI：10.1016/j.addma.2023.103413

PμSL 3D打印技術能夠定制化地打印出任意結構且具有優異介電性能的Mg2TiO4陶瓷。該技術能夠打印出圓柱和方柱陣列，以及濾波器基底結構（其中圓柱的最小直徑為440 μm，層厚為40 μm）。打印出的陶瓷的品質因素Q·f最大可達1.5×105 GHz（接近傳統干壓法成型的陶瓷值），介電常數εr最大為14.3。

DOI：10.1016/j.addma.2023.103757

在功能陶瓷的3D打印制備領域，該新型制備方法取得了重大突破，有效解決了多項技術難題。傳統3D打印功能陶瓷在成形過程中往往存在樣品精度不足、密度偏低以及介電性能不及傳統成形方法等缺陷，而該制備方法通過技術創新，成功克服了這些瓶頸問題。

這一進展為小型化、高性能濾波器的制造提供了強有力的技術支持，對于滿足5G/6G通信領域對高性能濾波器的需求具有重要意義。

以生為名，勾勒重塑之光
來自上海交通大學的研究團隊，采用摩方精密microArch® S240（精度：10 μm）高精度3D打印設備，成功制備了生物活性玻璃支架。

該支架通過特殊工藝，有助于氧化石墨烯（GO）穩定且均勻地固定在其表面。在此基礎上，研究團隊在支架上接種并培養了骨髓干細胞、靜脈細胞和細胞因子，隨后將其移植入小鼠體內。實驗結果顯示，該支架能有效促進毛細血管和骨組織的生成，其中BG/0.5%GO支架在促進骨再生方面的效果顯著優于純生物活性玻璃（BG）支架。

此項研究成功實現了骨組織的再生，為臨床骨缺損治療提供了新的思路和方法。基于其優異的性能表現，該支架有望在未來的臨床實踐中用于治療骨缺損，為患者帶來更為有效的治療方案。

DOI：10.1016/j.compositesb.2023.110673
       此外，摩方精密在齒科修復領域的一項突破性終端應用成果為“極薄強韌牙齒貼面”，該貼面是最低厚度可達40 μm，這一技術進步標志著義齒修復技術從傳統的“有創”治療向“無創”治療的重大轉變，極大地提升了齒科修復治療的技術水平和服務質量。
      值得一提的是，摩方精密的這一創新成果已獲得國家重點研發計劃重點專項項目的立項支持，項目名為“極薄強韌陶瓷義齒微立體光固化增材制造技術與裝備”。通過此項目的實施，摩方精密將進一步推動我國口腔醫學領域的技術創新，加強臨床研究與實踐的結合，為齒科修復領域提供更為先進、高效、精準的解決方案，從而不斷提升我國口腔醫療服務的整體水平，為人民群眾的口腔健康貢獻力量。
      在當前先進陶瓷制造領域，增材制造技術已成為最具潛力的關鍵發展方向之一，以其獨特的精細成型能力為陶瓷零部件的生產帶來了革命性的新機遇。該技術不僅提高了產品的精度和復雜性，同時也優化了材料的使用效率。展望未來，伴隨技術的深入研發和成本的逐步降低，陶瓷增材制造技術的應用領域預期將顯著拓寬，這將極大地促進市場潛力的釋放和產業規模的擴展。
       在此背景下，摩方精密將持續致力于推動材料科學的邊界擴展和技術創新，為機械工程、通訊工程、航空航天、生物醫療領域帶來前所未有的設計自由度和性能提升，以實現更高效、更精細、更具成本效益的陶瓷零部件制造。

(責任編輯：admin)

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