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常见的陶瓷3D打印技术成型工艺有以下几种:
①陶瓷熔融沉积成型技术(Fused deposition of ceramics,FDC)
与传统的熔融沉积成型相比,陶瓷熔融沉积成型技术的特点是将陶瓷粉体掺入有机结合剂中,并加入无定型基料粘合剂,将复合材料放入挤出机中后在稍高于其熔点的温度下熔化,通过计算机控制制备陶瓷生坯,然后经过脱脂处理后,在适宜的高温条件下烧制成部件。
适用范围:适用此项工艺的陶瓷材料必须具备一定的机械性能和热性能;设计的3D模型一般为高孔隙率、管状支撑的多孔形态。
缺点:由于该项技术需要事先加热后再冷却成型,这就要求3D模型不宜设计的过于小巧、内部也不宜过于致密,原因在于当前打印层已经打印上去时,此打印层还处于高温状态,还未完全冷却,此状态下再次进行打印会出现二次融化的现象,这很容易导致3D打印的制备发生变形从而制作失败。
②光固化快速成型技术(stereo lithography apparatus,SLA)
又称为立体印刷成型技术,是最早发展起来的快速成型技术,也是目前研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的快速成型技术之一。主要机制是采用一种在紫外光照射下能够迅速固化的光敏液态树脂为原料,通过紫外光选择性地辐照某一层液体,最终成型出部分区域固化的零部件。陶瓷颗粒在实现光固化聚集后,还需经过
优点:该方法成型速度快、自动化程度高、可成型任意复杂形状,尺寸精度高、表面质量优良,运用此项技术能够制备纳米级尺寸的陶瓷零部件,以及复杂、高精度的精细工件快速成型。
缺点:零件容易弯曲变形,需要支撑。再者因制品成型中需要采用光敏树脂和紫外光源,但光敏树脂中可能含有有毒的有机物,容易在后续加工处理时造成环境污染,因此需避光保护。液态树脂固化后的零件较脆、容易断裂。
③激光选区烧结成型技术(selective laser sintering,SLS)
又称为选择性激光烧结工艺,基础原理与三维印刷技术类似,就是将黏结剂换成激光束,利用激光束沿着计算机设计的路径逐点扫描粉体的表面,受到扫描的部位就会局部受热,致使颗粒自身熔化或在双方在黏合剂的作用下产生良好的粘结。在上一层激光扫描粉体粘结完成后再在新一层的粉料进行添加,激光扫描后再次形成新一层的三维结构。如此按照上述过程周期反复性的逐层激光扫描、高温熔化以及局部粘结运作后,最终就可以得到区域结构不同的立体部件。
优点:能够在无需支撑的条件下,直接制备塑料、金属或陶瓷,材料选择广泛,并且成型精度较高,可制造复杂构件、不需要增加基座支撑、材料利用率高。
缺点:因成型过程中需要激光的引入,粉末需要预热和冷却,因此成型周期较长,且后续处理工艺也较为复杂。同时由于采用的原料粉体需要能在激光作用下粘结并且高温完全烧成,所以这项技术能够制备的产品种类有限。