陶瓷3D打印技术汇总

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陶瓷在在航空航天、医疗、工业制造甚至消费品领域都有广泛的应用，但与其他材料相比，陶瓷材料更难以成型。本期笔者介绍几种主流的陶瓷3D打印工艺。

1.光聚合技术

其实该技术的本质就是SLA或DLP，不同之处是在成型树脂中添加足量的陶瓷粉末（如氧化铝、氧化锆和羟基磷灰石HA）混合成浆料进行打印。与所有陶瓷部件一样，需要对生坯部分进行烧结，在烧结过程中树脂燃烧，陶瓷材料发生相变达到使陶瓷部件具有的机械性能和最终密度。

SLA打印

DLP打印

清理过程看起来较麻烦

进炉烧结

陶瓷零件

采用树脂中掺杂陶瓷粉进行光固化成型的方法，可以扩展材料的使用范围，产品品质和精度较高，但材料和设备价格都较贵，国外设备目前价格在300万人民币左右；此外陶瓷浆料会很浓稠，可能存在沉降问题。在打印尺寸方面，SLA成型方式可以达到300x300，上曝光DLP可达到120x500，下曝光会更小一些。

2.粘结剂喷射成型

粘结喷射陶瓷成型是通过层层喷射粘结剂成型出零件的形状，然后在进行烧结成型，优势在于成型尺寸可以做大。

粘结剂喷射

烘干

粘接过程

已经具备一定强度，轻松清粉

采用粘结喷射技术成型，分层厚度可以达到100μm以上，根据成型尺寸不同，价格波动也很大，但国外设备也得100万起了。

3.挤出成型

挤出成型工艺类似FDM，是将陶瓷材料与特殊溶剂混合装入类似注射器的容器中，通过螺杆或者气体挤压出喷嘴，喷嘴沿一定的轨迹运动形成三维物体。

材料

打印过程

成品

这种成型方式的优点是成本较低，但喷嘴尺寸较大，打印的物体层叠纹很明显。

4. 粉末熔融技术

该技术的优点是成型的零件无需后续烧结，粉末在成型过程中就实现了熔化成型。目前主要有激光熔融和液体熔融两种。

陶瓷粉末一般很难被激光熔化，目前市面上也主要是熔化HA和TCP这种骨科材料。

激光烧结过程

惠普的多射流熔融技术看起来最高大上，笔者认为最重要的还是其特有的材料和熔剂，换做一般材料应该不能成型。

惠普多射流熔融

激光烧结的陶瓷产品粗糙度可能会更大一些，对植入人体是有利的；而惠普的产品表面光滑，机械性能较高，可以直接用作功能件了，不过目前打印的材料有限，而且设备和材料都会很昂贵。

5.材料喷射技术

当前已知的唯一上市的材料喷射打印机是XJET，在成型过程中喷射含有陶瓷纳米颗粒的超薄液滴层，沉积在系统构建托盘上，当分散液体由于极高温度而蒸发时，直接生成陶瓷部件。

材料喷射过程

粉末粘接过程

进炉烧结

陶瓷产品

可以看出，该技术仍然是需要进炉烧结的，但其加工精度和机械强度是其他几种技术无法比拟的，随之带来的就是设备的昂贵。

总结

陶瓷3D打印正在受到更多的关注，国内也有同种技术的陶瓷打印机上市，但陶瓷产品的机械性能、致密度、精度是目前很难确保的事情，如要着手购买还应调研清楚。相信未来打印具有复杂几何形状、高分辨率、高性能的陶瓷产品将越来越接近现实。

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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：陶瓷3D打印技术汇总