論文：PVA粘結(jié)劑+莫來(lái)石基體陶瓷線材，用于FFF 3D打印機(jī)

2021年2月25日，南極熊獲悉，來(lái)自斯洛伐克科技大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新型陶瓷3D打印材料，這種材料是專為低成本FFF 3D打印機(jī)而設(shè)計(jì)的。

他們開(kāi)發(fā)的3D打印絲材由PVA粘結(jié)劑和莫來(lái)石基體組成，可以從標(biāo)準(zhǔn)的0.4毫米噴嘴擠出，而不需要增加粘性或系統(tǒng)調(diào)整。打印完成之后還可以進(jìn)行后處理，而無(wú)需使用昂貴的專業(yè)熔爐，作為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的陶瓷，為潛在的愛(ài)好者提供了巨大的潛力。

△陶瓷3D打印測(cè)試件（左邊是600微米的噴嘴，右邊是400微米），圖片來(lái)自《Applied Materials Today》雜志

3D打印陶瓷

通過(guò)3D打印陶瓷，而不是使用注射成型等傳統(tǒng)生產(chǎn)方式進(jìn)行加工，可以制造出具有高度復(fù)雜內(nèi)部特征的零件。然而，這項(xiàng)技術(shù)只能使用戶進(jìn)行短期的生產(chǎn)運(yùn)行，因?yàn)樾枰幚矸勰┖痛罅康暮筇幚怼?br />
隨著RepRap項(xiàng)目的成功，F(xiàn)FF系統(tǒng)現(xiàn)在更容易獲得，成為新用戶的理想選擇。

入門(mén)級(jí)機(jī)器的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，它們與ABS和PLA等越來(lái)越多的聚合物兼容，這些聚合物都可以與陶瓷混合形成新型絲材。因此，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了許多陶瓷負(fù)載的混合物，但這些通常需要使用600μm直徑的噴嘴，限制了它可能實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)水平。

△脫脂對(duì)團(tuán)隊(duì)測(cè)試對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響不大（前后圖），圖片來(lái)自《Applied Materials Today》雜志

斯洛伐克科技大學(xué)的新型原料

為了使陶瓷材料更容易加工，斯洛伐克科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種新的配方。通過(guò)將莫來(lái)石粉末、脂肪族酸和熱塑性聚合物相結(jié)合，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造出直徑為1.75毫米的絲材，可使用0.4毫米的打印頭進(jìn)行加工，與商業(yè)替代品非常相似。

在優(yōu)化了原料后，研究人員將600和400微米的打印頭連接到Leapfrog Creatr 3D打印機(jī)上，并打印了一組圓柱體樣品。每個(gè)部件都用迷你矩形進(jìn)行圖案設(shè)計(jì)，以使打印錯(cuò)誤變得明顯，但團(tuán)隊(duì)觀察到?jīng)]有明顯的裂縫或噴嘴堵塞。

然而，科學(xué)家們也選擇在廉價(jià)陶窯中的條件下對(duì)他們的測(cè)試部件進(jìn)行脫模，出現(xiàn)了顯著的收縮，在1400℃時(shí)表現(xiàn)出高達(dá)41.5%的收縮。最終，研究人員確定了一個(gè)1250℃到1350℃之間的溫度，以及一個(gè)優(yōu)化的參數(shù)集，得到比使用傳統(tǒng)方法制造的零件大17%的零件。

團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論，他們的原料不僅能與低成本系統(tǒng)兼容，而且能夠比現(xiàn)成的產(chǎn)品更有效地提供陶瓷材料的好處。

研究人員的研究結(jié)果詳見(jiàn)他們題為 "Novel composite filament usable in low-cost 3D printers for fabrication of complex ceramic shapes"的論文。" 該研究由Peter Veteška、Zora Hajdúchová、Jozef Feranc、Katarína Tomanová、Ján Milde、Michaela Kritikos、Ľuboš Bača和Marián Janek共同撰寫(xiě)。