陶瓷3D打印的難點與技術

引言

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。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比較成熟，而陶瓷材料由于自身特性存在很多應用難點。

陶瓷打印難在哪？

我們知道陶瓷材料具有強度高、高硬度、耐高溫、低密度、化學穩定性好、耐腐蝕等優異特性，在航空航天、醫療等行業有著廣泛應用。但陶瓷材料硬而脆的特點使其加工成形尤其困難，存在以下需要克服的難點：

1. 陶瓷粉末和粘結劑粉末的配比會影響到陶瓷零部件的性能。粘結劑分量越多，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；粘結劑分量少，則不易固化成型。

2. 由于光敏樹脂的熔點較低，液態樹脂具有高黏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時液相表面張力大，在快速凝固過程中會產生較大的熱應力，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。

陶瓷3D打印技術

據了解，ADMAFLEX技術是基于DLP（數字光處理）技術的基礎上進行研發的，本質上屬于SLA（立體平板印刷）技術。

SLA工藝以光敏樹脂作為材料，在系統控制下紫外激光將對液態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技術的基本原理：

SLA是“Stereo lithography Appearance”的縮寫，即立體光固化成型法。

用特定波長與強度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由點到線，由線到面順序凝固，完成一個層面的繪圖作業，然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度，再固化另一個層面，這樣層層疊加構成一個三維實體。

SLA是比較早實用化的快速成形技術，采用液態光敏樹脂原料，工藝原理如圖所示。其工藝過程是，首先通過CAD設計出三維實體模型，利用離散程序將模型進行切片處理，設計掃描路徑，產生的數據將精確控制激光掃描器和升降臺的運動；激光光束通過數控裝置控制的掃描器，按設計的掃描路徑照射到液態光敏樹脂表面，使表面特定區域內的一層樹脂固化后， 當一層加工完畢后，就生成模型的一個截面；然后升降臺下降一定距離，固化層上覆蓋另一層液態樹脂，再進行第二層掃描，第二固化層牢固地粘結在前一固化層上，這樣一層層疊加而成三維工件原型。將原型從樹脂中取出后，進行固化，再經打光、電鍍、噴漆或著色處理即得到要求的產品。