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作為一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷，氧化鋯（ZrO₂）具有高強(qiáng)度和韌性、低導(dǎo)熱性，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性。由于其生物相容性較好，ZrO₂已被廣泛用作牙齒和骨骼的替代材料。但是，傳統(tǒng)的干壓成型、凝膠注射成型和凝膠澆鑄工藝僅適用于生產(chǎn)相對簡單的陶瓷件，從而限制了ZrO₂陶瓷在醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖1

立體光固化增材制造（AM）是一種新的陶瓷成型技術(shù)，由于其具有打印精度高和打印速度快的特點(diǎn)，被廣泛用于制造幾何復(fù)雜的陶瓷。但是仍然存在一些挑戰(zhàn)限制了該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。當(dāng)大量的納米陶瓷粉末添加到光敏樹脂體系中，由于靜電力和范德華力，陶瓷顆粒的團(tuán)聚是不可避免的，顆粒團(tuán)聚將顯著增加粘度并降低陶瓷漿料的穩(wěn)定性。為了解決上述技術(shù)問題，我們提供了用TRILOS三輥機(jī)均勻分散高固含量3Y-TZP陶瓷漿料的方法。三輥機(jī)的主要作用是依靠壓力和剪切力來克服漿料的內(nèi)聚力，達(dá)到粉碎和分散漿料的目的。

圖2

圖2顯示了3Y-TZP陶瓷漿料的制備過程。

1.      將不同種類的分散劑（PVP、Triton X-100、BYK-103和KOS110）分別加入到3Y-TZP粉末中，并磁力攪拌10h。

2.      將攪拌后的物料倒入玻璃盤中，在80°C下干燥6h。然后過100目篩制得改性3Y-TZP陶瓷粉末。

3.      改性3Y-TZP陶瓷粉末與80 vol%的光敏樹脂（HDDA、Di-TMPTA和TPO的混合物，重量比為40:10:1）混合后，采用TRILOS三輥機(jī)處理3h，制得改性3Y-TZP陶瓷漿料。

4.      采用基于DLP的3D打印機(jī)制備陶瓷生胚。將改性3Y-TZP陶瓷漿料加入到打印機(jī)槽中，用刀片均勻地涂覆漿料在底面上；然后將陶瓷漿料暴露在405nm UV光中，產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)形成陶瓷生坯。

5.      將陶瓷生胚放在管式爐中進(jìn)行脫脂和燒結(jié)，去除樹脂。

圖3a為陶瓷漿料的粘度隨三輥研磨時(shí)間的變化曲線。如圖所示，隨著研磨時(shí)間從1h增加到2h，漿料的粘度從7.1 Pa s急劇減小到4.4 Pa s；繼續(xù)研磨，發(fā)現(xiàn)粘度略有降低。因此，我們選擇3h作為制備3Y-TZP陶瓷漿料的三輥研磨時(shí)間。圖3b為四種分散劑改性3Y-TZP陶瓷漿料自然沉降60天后的照片。發(fā)現(xiàn)沒有發(fā)生沉淀現(xiàn)象，表明漿料具有很好的分散穩(wěn)定性。通過LUMiSizer穩(wěn)定性分析儀（圖4）離心加速測試得知，采用KOS110分散劑制備的3Y-TZP陶瓷漿料的穩(wěn)定性好。

圖3

圖4

此外，三輥研磨過程也可以消除漿料中的氣泡，有利于制備出致密和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陶瓷件（圖5）。

圖5

TRILOS公司介紹

TRILOS（泰洛思）是精密設(shè)備制造商，視客戶滿意為終極目標(biāo)，力求將出色的工藝技術(shù)結(jié)合客戶的需求，設(shè)計(jì)出貼近客戶需求的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

泰洛思正在積極開拓全球市場，目前產(chǎn)品已經(jīng)在美國、中國、歐洲、韓國、日本和臺灣等地區(qū)獲得廣泛應(yīng)用，把優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品分享給優(yōu)秀的使用者。

TRILOS三輥機(jī)優(yōu)點(diǎn)：

① TRILOS三輥機(jī)采用一次循環(huán)，有可能完全實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的均質(zhì)化與分散，減少顆粒尺寸，打破團(tuán)聚粒子。其結(jié)果是均質(zhì)化的漿料，可為物料的進(jìn)一步加工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

② 可用觸摸屏實(shí)現(xiàn)每個(gè)輥間距離調(diào)節(jié)，確保輥?zhàn)悠叫卸?。彈性張緊的刮刀插口確保刮刀恒壓，在操作過程中不需要重新調(diào)節(jié)。

③ 不同材質(zhì)的輥?zhàn)佣伎梢允褂茫佔(zhàn)蛹肮蔚恫馁|(zhì)的選擇-從不銹鋼到氧化鋁，碳化硅及氧化鋯-滿足各種不同需要。

④ 三輥機(jī)上的安全裝置確保操作人員的安全，機(jī)器可簡易而及其快速的清洗。

      ⑤ TRILOS 的物聯(lián)網(wǎng)、智能化三輥機(jī)解決方案，解決了客戶在使用中遇到的數(shù)據(jù)無法量化分析，數(shù)據(jù)丟失，設(shè)備互相獨(dú)立，無法聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行管理和控制等等方面的問題。讓客戶可以對設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對員工進(jìn)行權(quán)限分配和管理，設(shè)備運(yùn)行過程保持全程記錄和備份，利于加工過程參數(shù)的研究和設(shè)計(jì)開發(fā)。此外，智能物聯(lián)平臺還可以接入混料機(jī)、三輥機(jī)、上料機(jī)、均質(zhì)機(jī)等設(shè)備平臺，同時(shí)可以接入在線粘度計(jì)、在線粒度儀、在線近紅外分析儀等儀器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。