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陶瓷3D打印新路径

更新时间: 2024-12-11 17:35:41  查看次数: 80    
3D 打印技术用在陶瓷材料成型的时候,有不少好处。第一呢,不用模具,开发的时间短,能省下不少时间成本。第二,可以做出形状很复杂的结构件,不像传统陶瓷加工工艺那样受形状限制。第三,还能个性化定制,不同设计需求的人都能满足。现在用来制造陶瓷部件的增材制造技术有好几种,像立体光刻、喷墨打印、熔融沉积、激光选取烧结或熔化、直写成型以及三维印刷等等。数字光处理技术是立体光刻的衍生技术,它能保留立体光刻高精度和表面质量好的优点,每次还能固化一整个幅面,而且不用激光器当光源,这样打印效率提高了,生产成本也大大降低了。不过基于 DLP 的致密陶瓷打印也有问题。它需要高固相的陶瓷浆料,这就会让体系流动性变差,打印的时候浆料流平就不容易。而且因为粘度增加不均匀,打印精细结构的时候就很受限制。还有,陶瓷粉末折射率和光固化树脂不匹配,固化深度会降低,入射光侧向散射还会让固化分辨率下降。所以这种方法只适合颜色浅的氧化物陶瓷材料和它们的混合物,像氧化锆、氧化硅、氧化镁这些二元陶瓷。“黑色”的多元陶瓷材料,像碳化硅、氮化硅等,打印的时候因为成型需要高能量密度,所以难度很大。各类三元陶瓷,像碳氧化硅、碳氧化锆、碳氮化硅等,因为原材料在自然界很少,研究也没什么大进展。
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基于有机前驱体转化陶瓷和 DLP 光固化 3D 打印结合的陶瓷制造工艺,能解决这些问题。这个方法能避免裂纹,还能对物理结构进行多层次、高精度的有序调控。在化学材质方面,陶瓷前驱体转化技术能重组多组份分子结构,调控材料性能,得到宏观和微观多尺度的先进结构陶瓷。但现在这个方法还在实验室研究阶段,能用的预聚体有机聚合物配方种类少,成型效果和性能还得深入研究。
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DLP 光固化 3D 打印技术和前驱体转化陶瓷结合起来,研究适合 DLP 光固化 3D 打印的预聚体有机聚合物材料和热解成瓷工艺,做出轻质、高强度的陶瓷结构,用在电子设备、医疗器件和其他产品上,能推动功能陶瓷发展,前景广阔,经济价值也高。用传统工艺加工陶瓷都有各种限制。对于结构陶瓷,传统工艺在几何形状上有局限,只能做出无序、不可控、精度低的陶瓷。对于功能陶瓷,传统工艺对很多新材料不适用,不能制造先进领域的多功能器件,对于微电子器件的功能陶瓷,传统方法连尺寸和精度要求都达不到。增材制造技术用在陶瓷材料上就有了新的可能,能解决这些问题,开辟新的途径。