科學(xué)家們開發(fā)出更實(shí)惠的陶瓷3D打印技術(shù)

魔猴君  行業(yè)資訊   1336天前

斯洛伐克工業(yè)大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新穎的陶瓷3D打印材料，該材料設(shè)計(jì)用于低成本FFF機(jī)器。與現(xiàn)有的入門級陶瓷不同，該團(tuán)隊(duì)的長絲由PVA粘結(jié)劑和莫來石基料組成，可以從標(biāo)準(zhǔn)的0.4 mm噴嘴中擠出，而無需增加附著力或調(diào)整系統(tǒng)。該配方也無需使用昂貴的專業(yè)熔爐就可以進(jìn)行后處理，從而為潛在的業(yè)余愛好者提供了作為預(yù)算友好型陶瓷的巨大潛力。

團(tuán)隊(duì)的陶瓷3D打印測試對象的俯視圖（左側(cè)為600 μm噴嘴，右側(cè)為400 μm）。圖片來自《今日應(yīng)用材料》雜志。

民用級陶瓷

通過3D打印陶瓷，而不是使用注射成型等傳統(tǒng)生產(chǎn)方法進(jìn)行加工，就可以創(chuàng)建具有高度復(fù)雜內(nèi)部特征的零件。然而，到目前為止，由于其使用難度大，該技術(shù)僅使用戶能夠進(jìn)行短時(shí)間的生產(chǎn)運(yùn)行，這需要粉末處理和大量的后處理。

盡管在陶瓷方面，DIW系統(tǒng)通常被認(rèn)為比SLS機(jī)器更易于使用，但對于新手來說卻是挑剔的，并且難以配制出最佳的漿料。相比之下，隨著RepRap項(xiàng)目的成功，FFF系統(tǒng)現(xiàn)在更容易訪問，使其成為新采用者的理想選擇。

入門級機(jī)器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它們與越來越多的聚合物（例如ABS和PLA）兼容，它們可以與陶瓷混合形成新穎的長絲。結(jié)果，已經(jīng)開發(fā)出許多陶瓷負(fù)載的混合液，但是這些通常需要使用直徑為600μm的噴嘴，從而限制了可能實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)水平。

許多實(shí)驗(yàn)原料的寬度也為3毫米，盡管它們非常適合工業(yè)應(yīng)用，但傳統(tǒng)的FFF機(jī)器往往會(huì)保持1.75毫米的規(guī)格。更糟糕的是，現(xiàn)有的混合物在排膠過程中往往會(huì)出現(xiàn)不一致的收縮現(xiàn)象，從而限制了3D打印大型零件時(shí)它們的功效，并且有必要開發(fā)出更具可重復(fù)性的解決方案。

脫脂前后3D打印零件的填充結(jié)構(gòu)圖像。圖片來自《今日應(yīng)用材料》雜志。

斯洛伐克的新穎原料

為了使陶瓷材料更易于加工并因此更容易獲得，斯洛伐克的科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種新配方。通過將莫來石粉末，脂肪酸和熱塑性聚合物結(jié)合在一起，該團(tuán)隊(duì)能夠制造出直徑為1.75毫米的細(xì)絲，該細(xì)絲可以使用0.4毫米的打印頭進(jìn)行加工，這與商業(yè)替代品非常相似。

優(yōu)化了原料后，研究人員將600和400 μm的打印頭分別連接到Leapfrog Creatr 3D打印機(jī)上，并制作了一組圓柱形標(biāo)本。每個(gè)零件都用微型矩形進(jìn)行了圖形化處理，以使打印錯(cuò)誤顯而易見，但研究小組未發(fā)現(xiàn)可見的裂紋或噴嘴堵塞，使他們認(rèn)為這種方法是成功的。

但是，科學(xué)家們還選擇了在廉價(jià)陶瓷窯中發(fā)現(xiàn)的條件下對他們的測試零件進(jìn)行裝訂，這會(huì)導(dǎo)致明顯的收縮，在1400°C時(shí)尺寸可減小41.5％。最終，研究人員確定了1250至1350°C之間的最佳點(diǎn)，并優(yōu)化了參數(shù)集，與使用傳統(tǒng)方法制造的零件相比，其零件最多可增加17％。

此外，研究人員發(fā)現(xiàn)，使用他們的新型燈絲來制作具有相同幾何形狀的3D打印零件，所需材料比對比陶瓷少26倍。結(jié)果，該團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論，他們的原料不僅與低成本系統(tǒng)兼容，而且還比現(xiàn)貨產(chǎn)品更有效地傳遞陶瓷材料的好處。

陶瓷的3D打印潛力

眾所周知，陶瓷具有很高的耐熱性，但其易碎性意味著公司直到最近才開始釋放其潛力。通用汽車擁有的研究中心HRL實(shí)驗(yàn)室在這一領(lǐng)域進(jìn)行了重大研究，去年開發(fā)了一種3D打印抗斷裂陶瓷基復(fù)合材料（CMC）的新方法。該研究所使用一種新型的基于硅氧烷的陶瓷陶瓷材料，已經(jīng)能夠制造出獨(dú)特強(qiáng)力的玻璃狀結(jié)構(gòu)。

同樣，弗勞恩霍夫（Fraunhofer IKTS）的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種多材料噴射（MMJ）系統(tǒng)，用于將金屬和陶瓷組合成單個(gè)零件。利用新工藝，科學(xué)家們通過3D打印了一系列耐熱組件，包括陶瓷增強(qiáng)衛(wèi)星元件。

活頁夾噴射3D打印機(jī)制造商ExOne也已獲得許可，并獲得了橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）的一種新型陶瓷生產(chǎn)方法的許可。 采用該流程使ExOne能夠?qū)⑵涮峁┙o客戶，客戶現(xiàn)在可以創(chuàng)建鋁載碳化硼組件。

來源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/xin3Ddayinjishu/40052.html