利摩日被稱為法國的景德鎮(zhèn)，而法國科研中心和利摩日大學(xué)聯(lián)合實驗室也是全球研究先進(jìn)陶瓷材料的頂尖機構(gòu)之一。目前，該機構(gòu)旗下的IRCER實驗室在法國知名陶瓷3D打印制造商3Dceram的支持下，正在研究實現(xiàn)碳化硅3D打印的商業(yè)化。

與氧化鋁、氧化鋯等氧化物相比，非氧化物陶瓷的3D打印制造開發(fā)落后很多，比如碳化硅。但碳化硅陶瓷在高溫下優(yōu)異的穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性以及機械性能和低密度，使得其具有氧化物陶瓷的不可替代性。2016年，美國HRL實驗室開發(fā)出了很可能是而全球首個碳化硅陶瓷；2018年，我國寧波材料所也在用于3D打印的高品質(zhì)碳化硅陶瓷先驅(qū)體研制上獲得進(jìn)展。

此次研究團(tuán)隊所采取的工藝技術(shù)正式建立在此之上的（UV-Smart-SiC）激光智能光刻碳化硅打印技術(shù)。

2016年美國HRL實驗室開發(fā)的3D打印碳化硅

首先要確立的概念是碳化硅光刻3D打印非常困難。立體光刻技術(shù)是一種用于懸浮液或含陶瓷粉體的活性糊料的紫外聚合技術(shù)，僅適用于紫外輻射吸收率低（350～400nm）的材料，主要是氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅和羥基磷灰石等氧化物。但是，碳化硅具有很高的紫外光吸收率（355nm處約80%的吸收率），這使得用光固化樹脂進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)陶瓷立體光刻幾乎不可能實現(xiàn)。

光刻打印碳化硅體積收縮示意

本次研究的解決方案是，在所需的光固化波長下，在SiC顆粒（核殼結(jié)構(gòu)）上涂覆一層不透明的非吸收性材料。但又出現(xiàn)一個新問題，這會引入第二相，因此需要用不會污染材料的聚合物，但“丙烯酸酯” 聚硅氮烷等商用聚合物會導(dǎo)致40%的體積收縮，結(jié)果就是無法精確精密制造大型零部件。其他一些聚合物的組合選擇又會導(dǎo)致游離碳或氧含量升高。

基于這種狀況，研究團(tuán)隊認(rèn)為“耦合”立體光刻，即稱為（UV-Smart-SiC）的方法很有前途。該方法從兩個方向著手，第一是開發(fā)定制新型聚合物，第二是開發(fā)僅適用于激光聚焦的光刻懸浮液。關(guān)于該技術(shù)更詳細(xì)的內(nèi)容并未披露，但該研究思路和取得的進(jìn)展值得參考。

粉體圈 編譯 YUXI