中國粉體網訊 3D打印技術于上世紀 80 年代誕生于美國，其突破了傳統的加工模式，被認為是近 20 年制造技術領域的一次重大突破。3D 打印技術是依據 CAD 三維建模、通過材料的逐層疊加堆積直接獲得實體部件的技術，也被稱之為“增量技術”、“堆積技術”等 。
與傳統的陶瓷制造技術相比，陶瓷 3D 打印技術不依賴復雜模具和機械加工，并可根據材料不同的性能要求，能夠開發出不同結構的陶瓷骨架，會大大拓寬陶瓷的應用領域。
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主要陶瓷 3D 打印技術盤點
目前已經商業化的 3D 打印技術多達幾十種，比較常見的有激光選區燒結技術（SLS）、熔融沉積成型技術（FDM）、分層實體制造技術（LOM）、三維打印技術（3DP）和噴墨打印技術（IJP）等。
1、激光選區燒結技術（SLS）
激光選區燒結技術（SLS）主要通過壓輥、激光器、工作臺3個結構組件相互搭配來實現。其具體原理是通過壓輥將粉末鋪在工作臺上，電腦控制激光束掃描規定范圍的粉末，粉末中的粘結劑經激光掃描熔化，形成層狀結構。掃描結束后，工作臺下降，壓輥鋪上一層新的粉末，經激光再次掃描，與之前一層已固化的片狀陶瓷粘結，反復操作同一步驟，最后打印成品。
激光選區燒結技術的主要優點是打印材料廣泛、成型效率與材料利用率高、成本較低等。由于成型過程中需要激光的引入，粉末需要預熱和冷卻，成型周期較長，后續處理工藝復雜。同時由于所采用的原料粉需要能在激光作用下粘結并且高溫完全燒成，因而能夠制備的產品種類有限。
2、熔融沉積成型技術
熔融沉積成型技術的原料是熱熔性陶瓷材料，多數被制作成便于存儲運輸的絲狀。熔融沉積打印設備主要是由配合送料輥、導套和噴頭三個部分組成的。開始時，熱熔絲狀材料通過送料輥，在從動輥與主動輥的共同運作下進入導向套，導套的摩擦系數較低，使絲狀物料準確、連續地進入噴嘴。物料在噴頭內受熱熔化，根據計算機輸出的數字模型進行打印。
熔融沉積成型技術不需要激光技術的幫助，具有成本低的優點，使用維護方便。缺點是打印過程需要支撐結構，在堆積打印的過程中，隨高度增加，上部分質量增加，下部材料強度不足以支撐和固定上部材料。
3、分層實體制造技術（LOM）
分層實體制造是利用激光切割陶瓷薄膜片材，采用背面涂有熱熔膠的薄膜片材為原料，層與層間依靠加熱和加壓粘結，各層形狀累積疊加起來成為實體件。熱熔膠里含有樹脂，有機粘結劑等，通過熱熔膠機送到被粘合物表面，熱熔膠冷卻后即完成了粘合。分層實體制造技術利用陶瓷薄片的切割累加成型，是直接由面到體的成型方式，省略了其他技術由點到線、由線及面的加工過程，這是分層實體制造技術與其他3D打印技術相比的優勢。
4、三維打印技術（3DP）
三維打印技術是利用計算機控制精密噴頭先將粘結劑溶液按照零件界面形狀噴射在鋪平的陶瓷粉末上，再將粉末粘結在一起形成零件輪廓，如此層層堆積，最后進行后期處理得到所需零部件。
三維打印技術成型原理簡單，能適應打印多種陶瓷材料，如氧化鋯陶瓷、鋯英砂、氧化鋁、碳化硅和氧化硅等。
5、噴墨打印技術（IJP）
噴墨打印技術是從三維打印成型技術發展而來，該技術將陶瓷粉體與各種有機物和溶劑配制成陶瓷墨水，通過計算機指令將陶瓷墨水逐層噴打到平臺上，形成所需形狀和尺寸的陶瓷坯體。陶瓷墨水的配制是噴墨打印技術的關鍵，要求陶瓷粉體在墨水中具有良好的均勻分散度，合適的表面張力、黏度及電導率，較快的干燥速率和較高的固相含量。
陶瓷3D打印市場及發展前景
據相關研究報告《2020年陶瓷增材制造》預測，隨著3D打印技術及材料的相繼成熟，3D打印市場將在2025年進入拐點，之后會迅速發展，到2030年，包括所有硬件、材料和相關零件收入，陶瓷的3D打印市場預計將增長到31億美元。整個陶瓷市場，包括所有與傳統陶瓷（砂和水泥）相關的收入，到同年可能達到48億美元，這將是一個非常龐大的市場。
總的來說，陶瓷3D技術與傳統陶瓷成型方式相比具有無需模具、縮短制備周期、且在結構形狀設計上更加靈活等優點。但是陶瓷3D打印技術的研究與應用總體還不夠成熟，在材料和設備性能等方面都有提升的空間和很多需要迫切解決的問題。
此外，該領域也缺乏訓練有素的專業人員和工程師，更缺乏該領域相關的課程和人才培養方式。不過市場激發需求，陶瓷3D打印制造商、供應商和陶瓷產品的終端用戶的需求將快速推動人才培養的完善。
為給3D打印企業資源有效整合、實現“產學研”緊密結合提供一個良好的交流平臺，中國粉體網旗下粉體公開課平臺將于2021年5月18日舉辦“2021首屆3D打印粉體材料制備及檢測技術網絡研討會”。來自深圳大學的陳張偉教授將走進本次粉體公開課的直播間，給大家帶來題為《陶瓷增材制造與應用》的報告。屆時，陳張偉教授向大家詳解各種陶瓷3D打印技術，同時對深圳大學在陶瓷3D打印研究與應用的相關案例進行詳細分析。
專家介紹：
陳張偉，深圳大學教授、增材制造研究所執行所長、英國帝國理工學院博士、博士后、帝國理工校長獎學金獲得者，帝國理工年度唯一John Kilner Prize優秀博士論文獎獲得者，2020年度中國硅酸鹽學會特陶分會“特陶優秀青年”獎獲得者。至今從事高性能材料增材制造與創新應用研究10余年。受邀擔任中國機械工程學會增材制造分會委員、中國硅酸鹽學會測試技術分會理事、特陶分會青年委員、中國光學光電子行業協會激光應用分會青年委員等，擔任包括SCI收錄的中科院2區期刊《Journal of Advanced Ceramics》、EI期刊《材料工程》等7家中英文期刊編委。作為發起人并任主席組織承辦《首屆全國陶瓷增材制造創新論壇》。受邀擔任國內外重要陶瓷增材制造會議共同發起人和共同主席等多次，并做特邀報告10余次。受邀擔任三十余本SCI期刊審稿人，以及國家自然科學基金、新加坡A STAR政府項目、新西蘭政府項目和廣東、北京、深圳等多個省市項目評審專家。2017年以來主持和參與陶瓷增材制造相關國家省市級項目近20項，并與華為等知名企業開展產學研合作，累計經費1000余萬元。在Acta Materialia、Additive Manufacturing、Virtual and Rapid Prototyping、Materials Research Letters、Journal of the European Ceramic Society、Ceramics International等頂級期刊發表高水平論文近60篇，包括中科院大一區論文20余篇，入選ESI高被引和熱點論文1篇，特色論文和封面論文各1篇，單篇最高SCI被引超200次。申請和授權發明專利10項。研究成果獲得央媒《科技日報》的長篇專訪報道以及新華網、人民網、環球網等媒體平臺轉載報道。
參考來源：
[1]邸浩翔等.3D打印陶瓷技術的研究進展
[2]李伶等.陶瓷部件 3D 打印技術的研究進展
[3]宋發成等.3D打印技術在陶瓷制造中的應用
（中國粉體網編輯整理/山川）
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