陶瓷成型就是將陶瓷原料按照實(shí)際生產(chǎn)的要求制作成具有規(guī)定形狀、尺寸及一定強(qiáng)度的生坯，成型過程取決于陶瓷原料的性能和成型工藝方法。造就陶瓷制品形狀的方法也是多種多樣的，但總的來說，可以分為干法成型和濕法成型。而近年來，以3D打印技術(shù)為基礎(chǔ)工藝核心的快速成型技術(shù)在先進(jìn)陶瓷領(lǐng)域得到迅速發(fā)展及應(yīng)用，在縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低開發(fā)成本的效果是極其明顯的，因此受到了大量研究人員的重點(diǎn)關(guān)注。

目前，發(fā)展較快、應(yīng)用較多的快速成型技術(shù)主要包括激光選區(qū)燒結(jié)(selective laser sintering,SLS)、激光選區(qū)熔化(selective laser melting,SLM)、三維噴印(three-dimensional printing,3DP)、熔 融 沉 積 制 造(fused deposition modeling,FDM)、 分 層 實(shí) 體 制 造(laminated object manufacturing,LOM)、立 體 光 固 化(stereolithography Apparatus,SLA)、數(shù)字光處理(digital light processing,DLP)和直寫成形(direct ink writing,DIW)等。

其 中，SLS、SLM和間接（粘接）3DP等以陶瓷粉體作為打印原材料，F(xiàn)DM等以陶瓷絲材作為打印原材料，LOM等以陶瓷片材作為打印原材料，而SLA、DLP、DIW和直接（噴墨）3DP等則以陶瓷漿料/膏材作為打印原材料。以下分別以SLS、FDM、LOM、SLA為例，分別介紹幾種類型的快速成型技術(shù)。

一、激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)(SLS)

激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)(SLS)是將陶瓷材料和激光技術(shù)結(jié)合在一起的技術(shù)，工作原理是將粉末供料系統(tǒng)中的粉末向上運(yùn)輸，通過壓輥將其平鋪在工作臺(tái)上，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算和控制線路掃描粉末，激光掃描過后的粉末其中熔點(diǎn)較低的材料會(huì)融化燒結(jié)，形成一種層狀結(jié)構(gòu)，掃描結(jié)束后，工作臺(tái)會(huì)下降至一定高度開始往返式作業(yè)，與前一層狀陶瓷結(jié)構(gòu)粘結(jié)在一起，直至打印出成品。

目前，陶瓷粉末一般以添加劑的形式加入到SLS的陶瓷材料中。粘結(jié)劑的添加方式主要有直接混合、包覆表面，以及表面改性后混合三種，其中在陶瓷粉末表面包覆粘結(jié)劑的方法適用性更高。

SLS成型原理

二、熔融沉積成型技術(shù)(FDM)

熔融沉積成型技術(shù)(FDM)，其原材料為熱熔性陶瓷材料，一般被制成方便運(yùn)輸存儲(chǔ)的絲狀陶瓷。熱熔絲狀陶瓷會(huì)通過供料輥機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)入導(dǎo)套中，并沿著導(dǎo)套管進(jìn)入噴頭，物料在噴頭內(nèi)受熱熔化后，按照計(jì)算機(jī)模型中預(yù)設(shè)軌跡隨著噴頭進(jìn)行疊加和冷卻，最終制成陶瓷產(chǎn)品。

該項(xiàng)技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、過程容易控制、成本低、維護(hù)費(fèi)用少等優(yōu)勢(shì)，但也存在表面易破孔、凹凸不平、基底變形和翹曲、需要支撐結(jié)構(gòu)等問題。由于該技術(shù)可擠壓生物降解性的支架材料，包括聚乳酸、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯等，使其在制備復(fù)合型生物陶瓷上的應(yīng)用越來越多。

FDM成型技術(shù)原理圖及打印陶瓷件

三、分層實(shí)體制造技術(shù)(LOM)

分層實(shí)體制造技術(shù)(LOM)，又被稱為層疊制備技術(shù)，工藝流程包括圖形處理—制作基底—制作原型—去除余料—后置處理，其工藝特點(diǎn)就是能夠?qū)?/span>已經(jīng)成型的陶瓷薄片，通過涂覆熱熔膠等材料進(jìn)行熱壓輥輪加熱、壓片和粘結(jié)的方法，將其與已經(jīng)成型的工件粘結(jié)在一起，再利用激光掃描器切割成型，反復(fù)操作后，直到所有截面粘結(jié)和切割完成后，可得到實(shí)體零件，具有較高成型速率，后續(xù)處理也十分便捷，是目前較為成熟和常見的一種技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于復(fù)雜零件制造工作當(dāng) 中。

目前用于LOM技術(shù)的陶瓷片材主要采用流延法制作，材質(zhì)主要有Al₂O₃、SiC、Si₃N₄和BaTiO₃等。

LOM成型技術(shù)原理圖

四、立體光固化技術(shù)(SLA)

立體光固化技術(shù)實(shí)際上(SLA)是最古老的增材制造技術(shù)，以其精度高、表面質(zhì)量好、力學(xué)性能優(yōu)異、打印系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)成為目前增材制造行業(yè)最受歡迎和最普遍的技術(shù)之一。其工作原理是利用紫外線在電腦的控制下逐點(diǎn)掃描零件的分層截面，使儲(chǔ)料罐中的陶瓷漿料/膏材感光固化形成一個(gè)薄層。每層固化完成后，工作臺(tái)向下移動(dòng)，在已固化的薄層上固化下一層，這樣逐層疊加最終便可成形出整個(gè)零件。

關(guān)于光固化成型技術(shù)，詳細(xì)制備方法及應(yīng)用可以閱讀以下文章：

光固化3D打印技術(shù)制備陶瓷流程有哪些？應(yīng)用前景如何？

光固化成型過程（來源：因泰萊激光）

陶瓷漿料/膏材一般是以光敏樹脂作為載體，通過加入陶瓷粉體，在表面活性劑和添加劑的作用下，陶瓷粉體在光敏樹脂中充分分散后成為陶瓷漿料/膏材。但正是由于陶瓷粉體的加入，使得陶瓷漿料/膏材對(duì)入射光的感光效果差別較大，進(jìn)一步影響了材料的打印效果。目前常用于SLA成型的陶瓷材料包括ZrO₂、Al₂O₃、SiO₂、羥基磷灰石、鋯鈦酸和鉛磷酸鈣等。

除了陶瓷材料本身對(duì)入射光的感光效果不同，陶瓷粉體粒徑分布、形貌、漿料沉降性能、黏度等因素，都對(duì)材料的打印效果產(chǎn)生影響，因此也成為業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。

光固化成型的各項(xiàng)影響因素

總結(jié)

快速成型技術(shù)作為一種高新制造技術(shù)，從誕生至今，不斷開發(fā)創(chuàng)新出新的工藝、技術(shù)及材料，不斷推動(dòng)我國(guó)傳統(tǒng)制造模式的變革，使其向精密化、標(biāo)準(zhǔn)化、低成本化發(fā)展，但還存在制造精度差、強(qiáng)度低、成本高等難題，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模市場(chǎng) 化應(yīng)用。后續(xù)科研人員還需要在快速成型用新材料、新工藝、新技術(shù)等方面開展研究，比如提高坯體中陶瓷材料體積含量，加強(qiáng)陶瓷形變和收縮控制的同時(shí)，提高成型速度，縮短陶瓷件制備時(shí)間等，特別是在面向結(jié)構(gòu)功能一體化和梯度化制造，以及多材料/多工藝復(fù)合高效制造等方面，開展細(xì)致研究，促進(jìn)先進(jìn)陶瓷快速成型技術(shù)在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

參考來源：

1.先進(jìn)陶瓷材料快速成型技術(shù)研究進(jìn)展，張曉麗、李楠、宋濤、王守興、于宏林（陶瓷）

2.新時(shí)期快速成型技術(shù)的研究及其在自動(dòng)化鑄造的運(yùn)用，王志強(qiáng)（化工中間體）

3.應(yīng)用于陶瓷材料的快速成型技術(shù)的發(fā)展，左開慧、姚冬旭、夏詠鋒、尹金偉、曾宇平（中國(guó)材料進(jìn)展）。

粉體圈小吉

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