南極熊帶你讀懂陶瓷3D打印技術(shù)

日前，位于荷蘭的3D打印初創(chuàng)企業(yè)Admatec對外宣布將于今年9月份向市場推出售價為7.5萬歐元的高性能陶瓷3D打印機ADMAFLEX130，采用其研發(fā)的ADMAFLEX技術(shù)。據(jù)稱，這款3D打印機可以打印二氧化鋯、三氧化二鋁和石英乃至氮化硅、碳化硅、羥基磷灰石等材料，讓業(yè)界側(cè)目。

眾所周知，3D打印目前的研究熱點主要集中在材料和設備，而打印材料更是制約3D打印的瓶頸。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等，前四類材料應用技術(shù)比較成熟，而陶瓷材料由于自身特性存在很多應用難點。

一.陶瓷打印難在哪？
我們知道陶瓷材料具有高強度、高硬度、耐高溫、低密度、化學穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)異特性，在航空航天、醫(yī)療等行業(yè)有著廣泛應用。但陶瓷材料硬而脆的特點使其加工成形尤其困難，目前國內(nèi)陶瓷直接快速成形工藝尚未成熟，正處于研究階段。

由于3D打印用的陶瓷粉末是陶瓷粉末和光敏樹脂（粘結(jié)劑粉末）所組成的混合物。存在以下需要克服的難點：
1、陶瓷粉末和粘結(jié)劑粉末的配比會影響到陶瓷零部件的性能。粘結(jié)劑份量越多，固化比較容易，但在后置處理過程中零件收縮比較大，會影響零件的尺寸精度；粘結(jié)劑份量少，則不易固化成形
2、由于光敏樹脂的熔點較低，液態(tài)樹脂具有高粘性而導致流動性較差，在每層固化之后液面很難在短時間內(nèi)迅速撫平，這樣將會影響到實體的成型精度。
3、陶瓷粉末在激光直接快速燒結(jié)時液相表面張力大，在快速凝固過程中會產(chǎn)生較大的熱應力，從而形成較多微裂紋。
因此，要克服以上困難，需要研發(fā)適合打印的陶瓷材料（配比成分），并在快速成型過程中進行精密控制。

二.陶瓷3D打印技術(shù)
該公司宣稱ADMAFLEX130能夠快速大批量生產(chǎn)陶瓷零部件，比通過傳統(tǒng)的注塑成型工藝生產(chǎn)更加經(jīng)濟。同時，ADMAFLEX 130比市面上的3D打印機有了顯著地改善：表面粗糙度可以控制在1微米以內(nèi)，外形尺寸誤差控制在CAD模型的0.3%內(nèi)。
據(jù)了解，ADMAFLEX技術(shù)是基于DLP（數(shù)字光處理）技術(shù)的基礎(chǔ)上進行研發(fā)的，本質(zhì)上屬于SLA（立體平板印刷）技術(shù)。


SLA工藝以光敏樹脂作為材料，在系統(tǒng)控制下紫外激光將對液態(tài)的光敏樹脂進行掃描從而讓其逐層凝固成型，SLA工藝能以簡潔且全自動的方式制造出精度極高的幾何立體模型。如圖所示為SLA技術(shù)的基本原理：

1、液槽中會先盛滿液態(tài)的光敏樹脂，氦—鎘激光器或氬離子激光器發(fā)射出的紫外激光束在計算機的操縱下按工件的分層截面數(shù)據(jù)在液態(tài)的光敏樹脂表面進行逐行逐點掃描，這使掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生聚合反應而固化從形成工件的一個薄層。
2、當一層樹脂固化完畢后，工作臺將下移一個層厚的距離以使在原先固化好的樹脂表面上再覆蓋一層新的液態(tài)樹脂，刮板將粘度較大的樹脂液面刮平然后再進行下一層的激光掃描固化。因為液態(tài)樹脂具有高粘性而導致流動性較差，在每層固化之后液面很難在短時間內(nèi)迅速撫平，這樣將會影響到實體的成型精度。采用刮板刮平后所需要的液態(tài)樹脂將會均勻地涂在上一疊層上，這樣經(jīng)過激光固化后將可以得到較好的精度，也能使成型工件的表面更加光滑平整。
3、新固化的一層將牢固地粘合在前一層上，如此重復直至整個工件層疊完畢，這樣最后就能得到一個完整的立體模型。

目前3D打印市場價值大概70億美元，僅占全球制造業(yè)市場的0.04%，而且3D打印普遍被用在產(chǎn)品開發(fā)階段的制作原型上，作為規(guī)模量產(chǎn)的還屬不多。雖然3D打印技術(shù)已發(fā)展超過25年，但尚未成為更可取的生產(chǎn)制造方式，其原因無非是相對于大規(guī)模生產(chǎn)其不具備規(guī)模經(jīng)濟性。倘若3D打印能攻克一些材料打印難點技術(shù)，相信人們會更多地選擇3D打印生產(chǎn)產(chǎn)品。這將提高整個社會對材料的利用效率，據(jù)統(tǒng)計，生產(chǎn)線上大概有30%的原材料被各種方式浪費掉，而3D打印作為增材制造方式將可以極大提高材料利用率。

來源：同潤科投

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