陶瓷3D打印的常用材料、常用工藝和后處理
魔猴君 行業(yè)資訊 644天前
材料
△用于 3D 打印的陶瓷材料可以有多種形式,包括光樹脂和粉末
陶瓷 3D 打印的獨特之處當然在于材料。在藝術(shù)界,術(shù)語“陶瓷”和“粘土”經(jīng)?;Q使用,以描述用于制作陶器的不同材料。粘土確實是陶瓷的一種,但并不是所有的陶瓷都是由粘土制成的。實際上,陶瓷包含多種材料,這些材料在高溫下加熱時會硬化,這一過程稱為燒制。
以下是陶器3D打印中最常用的材料:
●赤土陶器是一種最常用的陶瓷之一,通常用于花盆,它具有多孔的特性且材料容易獲得。它的紅色調(diào)來自于在窯爐中燒制時形成的氧化鐵,陶土可以在 FDM 系統(tǒng)中擠壓成型,并且比大多數(shù)粘土陶瓷更堅韌。
●瓷器是二氧化硅和粘土的混合物。它有硬質(zhì)瓷器、軟質(zhì)瓷器和骨瓷三個品種。硬釉瓷器是用于精美瓷器的品種,主要由混合石英和長石的高嶺土制成。軟糊具有相似的成分,但它在較低溫度下燒制,因此最終產(chǎn)品不像硬糊那樣堅硬。如今,骨瓷由骨灰、高嶺土和長石制成??梢杂?FDM 擠壓工藝制造瓷器、或是以陶瓷光樹脂的形式進行3D打印,或者以粉末形式用粘合劑噴射粘合在一起。
●陶器通常在燒制之前用泥漿(粘土和水的高度流動混合物)進行精加工,以改善表面紋理并使其防水。它在這個過程中被燒制但沒有玻璃化(變成玻璃狀),所以它的表面比瓷器更粗糙。可以3D打印擠出制造陶器,WASP是生產(chǎn)陶瓷3D打印機的最著名公司之一。
●炻器是一種在高溫下燒制的無孔陶器。雖然它是防水的,但出于美觀目的,通常會使用釉料。炻器在 3D 打印中最常見。
陶瓷燈絲
△除了陶器,陶瓷細絲也非常適合其他美學(xué)應(yīng)用,例如這款表殼
除了可以用特殊3D打印機直接擠出陶瓷材料外,還有可以在普通FDM 3D打印機上打印陶瓷基細絲。這些細絲通常是聚合物基粘合劑和陶瓷材料的復(fù)合材料。像其他長絲一樣,它們纏繞在線軸上,但通常在經(jīng)過最后的加熱階段之前,會變得十分脆。在燒制過程中,聚合物被燒掉,只留下陶瓷材料,一些細絲需要單獨的脫脂過程以將聚合物與陶瓷材料分離。
市場上有幾家公司生產(chǎn)陶瓷燈絲,包括Spectrum 燈絲、LayCeramic和Zetamix。這些細絲往往比陶器等標準陶器材料貴得多。直徑為 2.85 毫米的 LayCeramic 成本約為每公斤 140 美元,而直徑為 1.75 毫米的 Zetamix 氧化鋯基燈絲的價格約為每公斤 650 美元。
陶瓷3D打印
△Wasp粘土擠壓機
如今,陶瓷的3D打印方式多種多樣,每種方式各有優(yōu)缺點。打印陶瓷的最具成本效益的方式是通過擠壓,但它的精度也最低。樹脂打印和粘合劑噴射能夠提供更高水平的精度,但價格昂貴。
擠壓3D打印
基于粘土擠壓的3D打印系統(tǒng)是為陶器應(yīng)用制造陶瓷部件的最常見方式。最流行的粘土擠壓系統(tǒng)之一是 Wasp 的 delta 粘土打印機系列,可以使用氣動裝置將粘土推出擠壓噴嘴,也可以使用電機驅(qū)動的螺旋結(jié)構(gòu)推出材料。
陶瓷絲的出現(xiàn)使得普通的FDM機器也可以用來打印陶器。但是,由于脫脂過程,打印品會收縮變小。例如,當所有的聚合物都被燒掉后,LayCeramic 細絲會收縮多達四分之一,所以設(shè)計陶器的幾何形狀時必須更加謹慎,使其在收縮階段保持一體,壁厚在設(shè)計上需要加厚,Zetamix建議其氧化鋯長絲厚度設(shè)計為2mm。使用這些復(fù)合材料時,通常首選更寬的噴嘴直徑,推薦使用0.6mm噴嘴而不是標準的0.4mm噴嘴,噴嘴應(yīng)為硬化鋼或可承受磨蝕性材料的鋼材。
其他3D打印
△精度更高的打印機意味著價格也更高
陶瓷也可以使用兼容的樹脂3D打印機和粘合劑噴射系統(tǒng)生產(chǎn)。這些機器往往更多地用于技術(shù)陶瓷應(yīng)用,但也可以使用光聚合物系統(tǒng)生產(chǎn)小型、高度精細的裝飾性陶器組件。在打印之前需要制備陶瓷和聚合物混合物,比如Formlabs 的陶瓷樹脂和 Tethon3D 的Porcelite。陶瓷樹脂由于較重會對打印過程造成一定的難度,它比大多數(shù)塑料重得多,因此要讓零件光滑平整的涂覆在工作平臺上是具有挑戰(zhàn)性的。
粘合劑噴射系統(tǒng)也可用來打印陶瓷部件,例如 Kwambio 的陶瓷打印機,它利用粉末床系統(tǒng)來生產(chǎn)高精度陶瓷零件。粉末狀陶瓷通過專有粘合劑逐層粘合在一起,以保持打印部件的形狀,即“生坯狀態(tài)”,直到可以上釉和燒制為止。粘合劑噴射陶瓷是一個非常專業(yè)的過程,需要專用機器,因此不是每個粘合劑噴射打印機都能生產(chǎn)的。雖然可以使用這些 3D 打印方法制作陶器,但所需的機器非常昂貴——通常起價為五位數(shù)。因此,這些方法對于普通消費者來說是遙不可及的。
后處理
△與傳統(tǒng)陶器一樣,3D 打印陶器必須在窯中燒制
對于直接打印陶瓷材料的擠出系統(tǒng),可根據(jù)所使用的材料和零件的尺寸,將打印件干燥一到兩周。然后將干燥的打印品在窯中燒制,這一過程稱為素瓷燒制。最后,上釉,然后對版畫進行上釉燒制。窯爐價格昂貴,因此很多人選擇將燒制過程外包。由于工藝往往與燒制任何傳統(tǒng)陶瓷相同,因此通常不需要專門的窯爐和釉料。
對于使用普通FDM打印機打印的陶瓷細絲,后處理稍微復(fù)雜一些。在燒制打印件之前,某些細絲需要進行脫脂處理。例如,Zetamix 的氧化鋯燈絲在部件打印后需要兩個階段的過程。首先,必須將零件放入丙酮化學(xué)浴中以溶解粘合劑,然后在裝滿粉末的坩堝中燒制以熱去除剩余的粘合劑,整個后期處理需要兩天多的時間。在開始使用陶瓷復(fù)合材料絲之前,請務(wù)必仔細閱讀制造商的說明,因為具體材料的使用方法可能會有很大差異。
應(yīng)用
△3D 打印機已成為一些陶藝家藝術(shù)實踐的一部分
陶瓷 3D 打印激發(fā)了新一代藝術(shù)家、雕塑家和建筑師的靈感,可制造華麗且精細的物品,而這些形狀使用傳統(tǒng)陶瓷工藝是不可能實現(xiàn)的。從陶器到建筑設(shè)計應(yīng)用,設(shè)計師們正在尋找制作陶瓷的新方法。Jonathon Keep、 Kate Blacklock和 Emre Can等陶瓷藝術(shù)家 一直在使用 3D 打印工藝為博物館和私人收藏創(chuàng)作陶瓷作品,效果驚人而獨特。
近年來,3D 打印機已被用于擠壓陶土來制作獨特的屋頂瓦片、 人工魚礁,甚至整個建筑物,比如荷蘭歷史名城代爾夫特的藍色陶瓷拱門以及 Ceramic Morphologies 的 3D 打印陶瓷展館,這些都展現(xiàn)了陶瓷3D打印的潛力。
打印服務(wù)
△陶瓷 3D 打印的簡單方法
由于 3D 打印和后處理陶瓷是一個相當復(fù)雜的過程,需要專門的機器和打印件在窯中如何反應(yīng)的知識,因此3D打印服務(wù)出現(xiàn)在市場中。如果您只是嘗試一個想法,不想親自購買完整的設(shè)置,那么這絕對是您的不二之選。
Kwambio是一家專門的陶瓷 3D 打印服務(wù)公司,該公司基于粉末床技術(shù)開發(fā)了自己的陶瓷 3D 打印機,他們的網(wǎng)站上有陶瓷零件設(shè)計指南,如果設(shè)計有任何問題,他們的工程師會在生產(chǎn)零件之前向您提供反饋。您只需在他們的網(wǎng)站上上傳文件或草圖,然后就可以等待著收到陶瓷零件了。
如上所述,3D 打印機可以打印從高嶺土和瓷土到炻器和陶土的任何東西。
來源:3D打印網(wǎng)