3D打印陶瓷正以增材制造重塑传统陶瓷业,核心突破聚焦材料多元、工艺提效与功能集成。材料从氧化铝、氧化锆拓展至碳化硅、生物陶瓷及功能梯度材料;工艺上,粘结剂喷射实现小时级大尺寸成型(如航空部件),光固化达微米级精度(如生物支架),智能烧结将周期缩至48小时。应用向终端渗透:医疗个性化植入物、航天轻质高强部件、能源固态电池电解质等。全球市场2023年约8.2亿美元,2030年或破50亿(CAGR 28%)。国产企业加速追赶,政策与需求驱动下,未来AI设计、多材料打印将突破复杂度限制,成高端制造关键。

3D打印陶瓷的工艺过程通常包括以下几个步骤:

1. 设计模型:首先,使用计算机辅助设计软件(CAD)创建陶瓷模型。可以通过手动建模或扫描现有对象来生成模型。

2. 切片处理:将设计好的模型传输到3D打印机,使用切片软件将模型切分成薄片,每个薄片代表打印机在建造过程中的一层。

3. 材料准备:根据所选的陶瓷材料,需要将其准备成适合打印的形式。这可能包括将陶瓷粉末与粘结剂混合,以便在打印过程中形成可固化的物质。

4. 打印过程:根据切片生成的指令,3D打印机会逐层将原材料按照预定的路径和形状进行打印。

5. 烧结处理:打印完成后,需要进行脱脂、烧结处理以去除粘结剂并使陶瓷颗粒结合

6. 表面处理:烧结后的陶瓷物体可能需要进行表面处理,例如抛光、涂层等,以改善外观和性能。

需要注意的是,不同的3D打印技术可能会有一些差异,因此具体的工艺过程可能会有所不同。此外,3D打印陶瓷的工艺仍在不断发展中,可能还有其他的改进和创新。

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图  信维通信与摩方精密合作研发3D打印陶瓷天线

3D打印陶瓷技术在各个领域具有广泛的应用前景,下面列举一些主要的应用领域:

君璟科技-陶瓷样品

1. 生物医学:3D打印陶瓷被广泛应用于生物医学领域,包括人工关节、牙科修复材料、骨骼支架等。陶瓷具有良好的生物相容性和机械性能,能够满足医疗器械的要求。

2.  航空航天:陶瓷材料具有轻质、高强度和耐高温等特点,非常适合用于航空航天领域。通过3D打印陶瓷,可以制造出复杂的航空航天零部件,如喷气发动机部件、热隔离材料等。

图 拍摄于十维科技展台

航空发动机被称为制造业皇冠上的明珠,其关键部件涡轮叶片采用熔模精密铸造。传统熔模精密铸造工艺制备涡轮叶片工期长、模具成本高、成品率低。采用陶瓷3D打印,摆脱模具限制,叶片产研周期,可从两年缩短为六周,成本降低一半以上。

3. 电子器件:陶瓷材料具有优异的绝缘性能和耐高温性能,因此在电子器件中有广泛的应用。通过3D打印陶瓷,可以制造出复杂的电子器件外壳、传感器等。

图 奇遇科技3D打印碳化硅部件

4. 艺术设计:3D打印陶瓷可以为艺术家和设计师提供更多的创作自由度。通过3D打印技术,可以制造出复杂的陶瓷艺术品、装饰品等。

5.  工业制造:陶瓷材料具有耐磨损、耐腐蚀和高硬度等特点,适合用于工业制造领域。通过3D打印陶瓷,可以制造出定制的工业零部件、模具等。

图 行星齿轮 拍摄于博世展台

需要注意的是,3D打印陶瓷已从实验室走向规模化应用,部分领域(如医疗、航空)实现商业化,未来将在更多场景深化渗透。

图 陶瓷喷嘴烧结后成品(武汉因泰莱激光科技有限公司)

近年来,3D打印陶瓷技术取得了一些重要的研究进展。以下是其中一些主要的进展:

1. 材料开发:研究人员已经成功开发出适用于3D打印的陶瓷材料,包括氧化铝、氧化锆、氧化铈等。这些材料具有良好的热稳定性、机械性能和化学稳定性。

2. 打印技术:研究人员开发了多种适用于陶瓷打印的技术,包括光固化、喷墨和挤出等。这些技术能够实现高精度和复杂结构的打印。

3. 结构优化:通过使用计算机辅助设计和优化算法,研究人员能够设计出具有优异性能的复杂陶瓷结构。这些结构在传统制造方法下很难实现。

4. 表面处理:研究人员通过表面处理技术,例如涂层,改善了3D打印陶瓷的表面质量和性能。

5. 应用领域:3D打印陶瓷在多个领域具有广泛的应用前景,包括生物医学、航空航天、电子器件等。例如,3D打印陶瓷可以用于制造人工骨骼和牙科修复材料。

尽管3D打印陶瓷技术在研究阶段取得了一些进展,但仍面临一些挑战:

图 北工大陶瓷3D打印
  • 工业级陶瓷3D打印技术和设备门槛较高,成本也较高,需要从设备、原材料、烧结、后处理等多方紧密配合研究;

  • 打印效率还需进一步提升,生产流程更加简单化、自动化和一体化;

  • 光固化和粘接剂喷射3D打印工艺为目前较优的陶瓷打印工艺,特别是光固化工艺具有较好的成型效果;

  • 目前3D打印陶瓷还存在表面质量不够理想,精度较低等问题。可从陶瓷材料成型理化规律入手,研究新型陶瓷3D打印工艺予以解决;

  • 针对新兴应用,研发新型3D打印用高性能陶瓷材料。

随着技术的不断发展和改进,相信3D打印陶瓷将在未来得到更广泛的应用。

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推荐活动:第八届精密陶瓷产业链展览会8月26-28日,深圳国际会展中心(宝安新馆)】

一、展会精彩内容

·展出范围

陶瓷器件及材料MLCC、LTCC、HTCC、微波介质陶瓷、压电陶瓷、钛酸钡、碳酸钡、氧化钛、氧化铝、氧化锆、玻璃粉、氮化铝、LTCC介质陶瓷粉体、稀土氧化物、生瓷带等;

精密陶瓷:氧化锆、氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氧化钇、结构陶瓷、高温陶瓷、透明陶瓷、陶瓷微珠、新能源陶瓷、陶瓷轴承、陶瓷球、半导体陶瓷(搬运臂、陶瓷劈刀、静电卡盘、蚀刻环……)、3D打印陶瓷、燃料电池(SOFC)隔膜片、穿戴陶瓷、光纤陶瓷插芯、陶瓷套筒、CIM、生物陶瓷等。

陶瓷基板及封装外壳:陶瓷封装外壳、DPC、DBC、AMB、HTCC基板、LTCC基板、薄膜电路板、厚膜电路板、陶瓷封装基座、热沉、氧化铝、氮化铝、氮化硅、氧化铍、莫来石粉体及基板等;

金属材料:银粉、金粉、铜粉、镍粉、焊料(焊片、焊膏)、MLCC用内/外电极浆料、LTCC银浆、金浆、钨钼浆料、铜浆、靶材、无氧铜带、可伐合金、金属冲压件等;

助剂:陶瓷和导电浆料用分散剂、黏合剂、增塑剂、絮凝剂、矿化剂、消泡剂、润滑剂、烧结助剂等;

陶瓷加工设备:砂磨机、球磨机、真空脱泡机、三辊机、喷雾造粒机、干压机、流延机、注塑机、3D打印机、模具、干燥设备、研磨机、精雕机、裁片机、激光设备、打孔机、填孔机、丝网印刷机、叠层机、层压机、等静压机、热切机、整平机、排胶炉、烧结炉、钎焊设备、电镀设备、化学镀、喷银机、浸银机、端银机、真空镀膜设备、显影设备、去膜设备、蚀刻机、湿制程设备、等离子清洗、超声波清洗、自动化设备、剥离强度测试仪、AOI检测设备、打标机;

封装测试设备:贴片机、引线键合机、封盖机、平行缝焊封帽、切筋机、钎焊设备、激光调阻机、网络分析仪、热循环测试设备、测厚仪、氦气检漏仪、老化设备、外观检测、超声波扫描显微镜、X-光检测、激光打标、分选设备、测包编带机等;

耗材:离型膜、载带(塑料和纸质)、耐火材料、承烧板/匣钵(氧化铝、刚玉莫来石、氮化硼等)、承烧网、发泡胶、研磨耗材(金刚石微粉、研磨液)、精密网版、清洗剂、电镀药水等。

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二、展位预定

 

李小姐:18823755657 (同微信)

邮箱:lirongrong@aibang.com

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作者 ab, 808