3D陶瓷打印機流行的兩種機型和發展

　　近年來，陶瓷3D打印逐漸興起，據機構預測，3D打印陶瓷市場的規模有望從2016年的2780萬美元，增長至2021年的1.315億美元，期間的復合年增長率將高達29.6%，2027年將達到10億美元，在航空航天，醫療，工業制造甚至消費品領域將會迅速普及。陶瓷3D打印方法有多種，其中較方法采用的原料是陶瓷-光敏樹脂漿料，工藝流程如下：
 

　　陶瓷-光敏樹脂漿料由陶瓷粉和液態光敏樹脂單體混合而成，此外還包括光引發劑、溶劑、分散劑等助劑。
 

　　3D陶瓷打印機流行的兩種機型：
 

　　1. 采用下光源面投影固化陶瓷-光敏樹脂漿料。
 

　　2. 采用上置激光-振鏡掃描固化陶瓷-光敏樹脂漿料。打印氧化鋯陶瓷測試件3點彎曲強度為1100 MPa，相對密度為99%。

　　在研究所研發成果的基礎上，我們已能批量生產高性能陶瓷3D打印機，這種打印機有4種型號，其主要技術參數如下：
 

　　01
 

　　采用激光–振鏡掃描成形原理
 

　　激光固化陶瓷–光敏樹脂漿料后，形成3D陶瓷生坯件，然后經脫脂與高溫燒結，構成陶瓷件。
 

　　02
 

　　漿料性能穩定，打印陶瓷件的密度和強度高
 

　　采用高陶瓷容積比的漿料，所含成分長時間不偏析、不沉降，打印陶瓷件有高密度和高強度。
 

　　03
 

　　采用循環式加料與余料回收，材料利用率高
 

　　不設置活塞式漿料缸，采用強力泵使陶瓷漿由料盒流至成形臺，并循環工作，回收剩余的陶瓷漿料，正常打印所需漿料容積小于3～5 L，特別適合打印材料研發。
 

　　04
 

　　刮刀傾角可變，鋪設漿料薄層均勻、平坦
 

　　能根據陶瓷漿料的黏度，優化刮刀傾角，確保漿料薄層達到25μm。
 

　　05
 

　　采用特殊防卡殼結構設計，運行更可靠
 

　　漿料中細小陶瓷硬粒不會造成運動障礙和卡死。
 

　　06
 

　　多項打印參數可調，工藝性和材料適應性好
 

　　可調節的參數有：激光輸出功率、光斑尺寸、激光焦點、激光掃描速度和掃描路徑、刮刀傾角和打印速度，從而能確保陶瓷件層間可靠粘結、表面光潔和高打印效率，并可打印梯度組織陶瓷件。因此，與DLP式陶瓷3D打印機相比較，有更好的工藝性和材料適應性。
 

　　2018年，我司研發了一臺基于擠出自由成形制造的陶瓷3D打印機，并用氧化鋁、氧化鋯、生物玻璃45S5分別成形了C形環狀樣件，然后測量了各個樣件燒結前后的硬度。測量結果表明了使用這樣一臺定制化設計3D陶瓷打印機打印陶瓷件的可行性。
 

　　定制化設計的機器由一臺塑料熔融沉積成形3D打印機轉換而來。這臺設備長寬高分別為320mm,320mm,600mm。外部框架使用鋁合金型材。為了安裝用于陶瓷漿料的新型擠出機，需要設計新的擠出裝置。擠出裝置需要包含一個自動儲料盒，在該儲料盒中儲存用于擠出的陶瓷漿料。