二氧化钛陶瓷浆料的制备及其直写成型3D打印

直写成型技术是一种基于浆料挤出的3D打印技术,具有设备简单、投入低,可在温和条件下制备出精细复杂的三维结构的优点,在先进陶瓷制备领域潜力巨大。但直写成型技术目前面临材料缺乏、浆料制备困难等难题。为此,首先自主研发了一种基于气压式的新型直写成型3D打印机。在此基础上,以二氧化钛为原料,选用聚乙烯醇(PVA)作为流动助剂和粘结剂,制备了适用于直写成型的二氧化钛陶瓷浆料,研究了PVA含量对浆料流变行为及其直写成型可打印性的影响。在此基础上,打印加工了具有复杂形状和结构的二氧化钛制件,考察了其断面形貌、打印精度,并进一步分析了其烧结后的性能等。结果表明PVA的加入有效的降低浆料的黏度,提高其流动性,有助于其3D打印,改善了打印制件层与层之间的粘结情况,但PVA含量大于10wt%后,会导致浆料在沉积阶段出现坍塌现象。此外,PVA含量增加后,会导致烧结件硬度降低,收缩率增加。     

多孔陶瓷的直写成型工艺研究进展

多孔陶瓷内部含有大量三维孔隙,具有轻质、高强、高比表面积、低导热系数等特性,但是多孔陶瓷的传统制备工艺对结构和性能的可控性较低,很难满足先进能源、航空航天、电子信息等领域的发展对多功能高性能材料的需求。直写成型工艺是一种制造成本低、材料使用性广、技术可拓展性高的3D打印工艺,不仅可以直接制备具有轻量化特点的多孔陶瓷,而且结合其他工艺可以实现多孔陶瓷的层级结构和多功能化,有望实现设计与制造、材料与器件、结构与功能的一体化。介绍了直写成型法3D打印多孔陶瓷的工艺原理,综述了直写成型法直接制备多孔陶瓷、直写成型结合乳液/泡沫法和冷冻干燥法制备层级多孔陶瓷的研究进展。由于工艺柔性高,直写成型法能够与其他方法良好融合,以制备具有特殊结构和性能的多孔材料,尤其是兼顾高强度、高孔隙率和形状可控性的层级多孔陶瓷。最后,总结了目前直写成型工艺制备多孔陶瓷的优势和不足,并对打印材料性能、打印设备和主要应用领域的发展进行了展望。     

木质素基复合材料的直写式3D打印及其功能应用

作为自然界最丰富的可再生芳香族生物质资源,木质素近年来在能源、环境、医学等领域受到广泛关注。其中,采用3D打印技术构建具有特定结构和功能的木质素基复合材料是提升木质素附加值的重要途径之一,同时可有效避免木质素化学结构复杂多变、多分散性高、刚性大等在传统材料制备过程中带来的负面影响。本文围绕木质素基复合材料的直写式3D打印,重点综述了近年来木质素基复合材料在直写式3D打印方面的研究成果与进展。首先介绍了木质素的结构特性及直写式3D打印技术;然后系统总结了木质素流变学特性与其打印性能之间的构-效关系;最后讨论了3D打印的木质素基复合材料在能源、环境等领域的应用现状及其面临的挑战,并展望了木质素基复合材料在直写式3D打印方面的发展方向。     

UV-3D打印材料研究进展

UV-3D打印作为增材技术新的发展方向,具有设计自由,节约材料以及快速成型等优点,被广泛研究。本文通过分析立体光刻技术(SLA),数字光处理技术(DLP)和UV直写技术等,并研究了UV技术在3D打印领域的应用与发展。然后分析UV-3D打印常用的一些材料,包括环氧树脂和丙烯酸树脂以及其发展现状。最后通过介绍UV技术在3D打印的应用现状提出发展对策。     

陶瓷3D打印技术及材料研究进展

综述了陶瓷3D打印技术和材料的特性及其研究进展与应用现状,重点讨论了喷墨打印技术、熔化沉积成型技术、光固化成型技术、分层实体制造技术、激光选区熔化技术/激光选区烧结技术、三维打印成型技术、浆料直写成型技术的特性和研究进展,分析了磷酸三钙陶瓷、氧化铝陶瓷、陶瓷先驱体、SiC陶瓷、Si_3N_4陶瓷、碳硅化钛陶瓷的特性和应用现状,最后指出了陶瓷3D打印技术的发展方向是与传统陶瓷工艺相结合,实现陶瓷制品的快速生产及生物陶瓷制品、高性能陶瓷功能零件的制造。     

3D打印聚合物纳米复合材料的研究进展

相对于传统制造方法如挤出成型、模压成型等,3D打印技术不仅能够快速成型结构复杂且精细的产品,而且还可以根据不同功能、性能需求选择不同材料进行快速制造.凭借这一优势,3D打印越来越受到人们的重视,越来越多的3D打印产品被应用到人们的生活、学习和工作中.在众多3D打印材料中,聚合物材料(如热固性和热塑性聚合物等)的占比大、应用广,大到房屋内饰、小到微/纳米电子设备都可以通过3D打印聚合物材料来实现.然而,相比于传统方法制造的聚合物材料,3D打印聚合物材料强度低、打印层之间界面结合差,所以目前3D打印聚合物材料主要用于模型和非结构材料.为提高3D打印聚合物材料的强度,纳米材料(如纤维素纳米晶)常被用作增强体与聚合物材料混合打印,以此制备高强、多功能的3D打印纳米复合材料.纤维素纳米晶来源广泛、价格低廉、可再生、强度高,是一种十分理想的天然纳米增强材料.因此,近年来纤维素纳米晶在3D打印聚合物纳米复合材料中的应用受到广泛关注.除研究纳米材料对3D打印聚合物材料性能的影响外,研究者们还从纳米材料改性和新型纳米材料的研发等方面不断进行尝试,在提高3D打印聚合物纳米复合材料强度的同时赋予其更多的功能性,并取得了丰硕的成果.此外,借助光固化3D打印和聚合物熔融沉积成型两项基本原理相近、成型机理不同的3D打印技术,研究者们从打印纳米复合材料的结构、性能及功能出发,分别研究不同打印技术实现材料"结构-性能-功能"的可能性和可行性,为3D打印聚合物纳米复合材料的拓展应用提供了可靠依据.本文在简述3D打印技术的基础上,重点阐述常用于热固性和热塑性聚合物3D打印技术的基本原理和特点;着重分析两项不同3D打印技术在聚合物纳米复合材料领域的应用情况,总结3D打印聚合物纳米复合材料的性能特征和应用范围,以期为3D打印纳米复合材料的广泛应用奠定基础.     

3D打印陶瓷材料研究进展

作为新一代成型技术,3D打印技术具有操作简单、成型速度快、精度高等优点,而采用3D打印技术制备出的多功能化陶瓷零件,在建筑、工业、医学、航天航空等领域将会得到广泛的应用,其发展前景十分广阔。主要介绍了3D打印陶瓷方面的成型技术和材料,回顾了3D打印陶瓷的发展及国内外产业状况,并对可应用于3D陶瓷的打印技术和打印材料进行了展望。     

3D打印技术在医学领域中的应用研究进展

3D打印技术是一种快速成型技术,通过重建的三维数字模型,将其分割成层状后逐层堆积成实体模型。近年来随着影像学、数字化医学和新材料技术的快速发展,3D打印技术在医学领域的应用范围越来越广泛,越来越受到人们的重视。总结了3D打印技术在医学领域的应用进展,分别就3D打印医学模型、3D打印医疗器材、3D打印用于组织功能产品、3D打印活体组织和器官(如:人造肝脏组织、人造肾脏组织、人造血管、人造耳朵和人造皮肤等)以及其他方面的应用等进行了评述,并介绍了3D打印技术在现代医学应用上的发展。最后根据3D打印技术的特点,提出应用展望,并分析未来的发展趋势。     

直写3D打印陶瓷基多孔结构的研究进展

陶瓷基多孔结构既继承致密陶瓷材料耐高温、电绝缘、化学稳定的优异性能,又兼具多孔结构低密度、高比表面积、低热导率的独特优势,已被广泛应用于隔热、骨组织工程、过滤及污染物清除、电子元器件等领域。但是,陶瓷基多孔结构的传统成孔方法在宏观尺度创造复杂几何外形与微纳尺度调控孔结构形态方面仍面临巨大挑战。近几十年来,研究人员一直致力于创新陶瓷基多孔结构的加工成型方法,以直写3D打印为代表的增材制造技术成为当前研究的热点,并迅速发展出一系列成熟理论与创新方法。本文首先概述了陶瓷基多孔结构的传统成孔方法与增材制造成孔方法,进一步详细介绍了直写组装成孔工艺过程,主要包括假塑性墨水配方、固化策略、干燥及后处理,分析了传统成孔方法与直写3D打印二者的组合技术在构筑陶瓷基多级孔结构方面的可行性,总结了直写3D打印技术在制造复杂陶瓷基多孔结构领域的新观点、新进展和新发现,最后结合陶瓷基多孔结构实际应用现状对直写3D技术的未来发展与挑战进行了展望。     

直写成型制备多孔陶瓷技术研究进展

多孔陶瓷具有耐高温、可控孔结构、高孔隙率、化学稳定性和生物惰性等特点，是应用于支柱、生物、催化和电气等领域的理想材料。传统多孔陶瓷的制造方法主要有颗粒堆积、添加造孔剂、发泡、溶胶-凝胶等。近年来，随着增材制造技术的发展，直写成型技术因其简单的设备构造和良好的浆料兼容性，被广泛应用于制造复杂结构和图案的多孔陶瓷。本文综述了直写成型多孔陶瓷的技术方法及其在各领域的应用，详细分析了直写成型技术制备多孔陶瓷材料的优劣势，提出了直写成型制备多孔陶瓷所面临的挑战，并对直写成型制备多孔陶瓷技术发展趋势进行了展望。     

3D打印陶瓷铸型研究与应用进展EI北大核心CSCD

陶瓷铸型是一类应用于熔模精密铸造领域、用于成型铸件内外部结构的复杂部件。随着铸件复杂度的提升,需要更加精细、复杂的铸型来满足铸造需求,然而传统的陶瓷铸型成型手段如注射成型等存在成本高、研发周期长等问题,难以满足复杂精细结构的成型要求。3D打印技术作为一种快速成型手段能够精准成型复杂精细结构,将其应用于铸型生产,不仅能够解决复杂结构的成型问题,同时也能降低生产成本、缩短生产周期。本文主要阐述了3D打印技术在陶瓷铸型生产中的应用,从应用于铸型3D打印陶瓷材料的种类及特性、典型铸型3D打印技术及铸型打印后处理手段三个方面对3D打印技术陶瓷铸型的研究与应用进行介绍,并对该技术未来的发展进行展望,指出3D打印技术能够有效解决复杂陶瓷铸型的成型问题,从而满足复杂空心结构金属件的铸造需求。     

基于熔融沉积3D打印聚乳酸基复合材料的研究进展

目的 半结晶性聚乳酸(PLA)因透明性好、力学性能优异、能生物降解等优点,在加工领域表现出适用范围广等特性,因此对PLA基复合材料在3D打印技术中的研究应用及最新进展状况进行总结,以期提供借鉴与参考。方法 以熔融沉积成型(FDM)、PLA基体为主线,在查阅近年中外文献基础上,分别从PLA结构性能、3D打印成型工艺、PLA基复合材料改性等方面进行了探讨,着重分析工艺参数的技术优化,以及复合材料的结构改性最新研究进展。结果 FDM制备PLA基复合材料的研究取得了丰硕的成果,在3D打印行业中表现优异,潜力巨大,商品化程度越来越高。结论 低廉、高效、可定制的3D打印受到国内外科研工作者广泛关注与青睐,随着新技术的不断探索和突破,以及纳米材质和新型聚合物材料等新型材质应用,使3D打印在成型加工技术上占据绝对优势。     

激光选区烧结用陶瓷材料的制备及其成型技术

相对于传统技术,3D打印技术在直接成型复杂形状金属和高分子零部件方面显示出了巨大的优越性。然而,3D打印技术在陶瓷零部件的成型方面尚存在诸多难题。为此,华中科技大学史玉升教授团队在3D打印陶瓷材料的制备及其成型技术方面做了较多研究。详细介绍了激光选区烧结(SLS)技术中复合粉体的两种主要制备方法:一种是通过机械混合法将陶瓷粉体与高分子聚合物机械混合制得SLS成型用复合粉体;另一种是通过溶解沉淀法或溶剂蒸发法将高分子聚合物包覆在陶瓷颗粒表面制得复合粉体。研究表明,采用上述两种制粉方法均可制备出具有良好流动性的适于3D打印的复合陶瓷粉体。还系统地讨论了SLS素坯的成型机理以及预热温度、激光功率和单层厚度等SLS工艺参数对陶瓷素坯的力学性能和成型精度的影响。在此基础上,采用最佳SLS工艺参数制备出传统成型工艺难以成型的具有三维孔洞结构的多孔堇青石和高岭土陶瓷零部件。此外,结合SLS工艺与冷等静压(CIP)技术提出了SLS/CIP复合成型技术,提高了SLS成型陶瓷的致密度和力学性能,制备出高性能、复杂结构的Al_2O_3、ZrO_2、Si C等致密陶瓷零部件,为采用3D打印技术制备航空航天、国防等领域用高性能陶瓷零部件打下了良好的基础。     

石膏的直写成型：可打印石膏浆料的研制

石膏是雕像、建筑和铸造模具(合金和陶瓷)的常用材料。采用直写成型(Direct Ink Writing, DIW)打印石膏可避免其他3D打印技术(如Binder Jetting, PBBJ等)中存在水化反应不充分等问题, 获得高强度3D打印石膏。为了延缓水化反应获得充足的打印操作时间, 本研究通过添加缓凝剂和增稠剂, 研制了一种适用于直写成型的石膏浆料, 并打印了多种石膏三维结构(如蜘蛛网和木材堆积结构等)。结果表明, 质量分数为0.6%柠檬酸(Citric Acid, CA)的缓凝效果最好, 极大地减少了石膏流动性的经时损失。质量分数为0.3%羟丙基甲基纤维素(Hydroxypropyl Methylcellulose, HPMC)的增稠效果最好, 使石膏浆料具有良好的打印性能。CA的选择性吸附使得石膏晶体定向生长, 延长水化反应时间, 但一定程度降低石膏强度。HPMC加速石膏浆料中絮凝结构形成, 导致其粘度和剪切弹性模量升高。直写成型3D石膏件的抗压强度约为20 MPa, 远高于PBBJ等方法制备的石膏件的抗压强度。     

让3D打印不再“无米可炊”

<正>作为工业4.0时代最具发展前景的制造技术之一,3D打印技术已经进入医疗、建筑、航天、教育、机械工业等产业领域,而它将来对于生产方式的变革,很有可能进一步颠覆今天的商业模式。3D打印材料是3D打印技术发展不可或缺的物质基础,也是当前制约3D打印产业化的关键因素。近年来,随着3D打印需求的增加,3D打印材料种类得到了迅速拓展,主要包括高分子材料、金属材料、无机非金属材料等3大类。但与传统材料相比,3D打印材料种类依然偏少,致使3D打印出现"无米     

人体植入医用材料的3D打印技术研究进展

3D打印技术是一种与传统制备方式完全不同的新兴技术,是基于三维数学模型,通过逐层增加材料来实现成型的技术。3D打印技术在个性化设计以及复杂结构产品制备方面具有独特的优势,在人体植入物的结构设计和制造领域具有巨大潜力和研究价值,吸引了国内外工业界、医学界和社会媒体的广泛关注。目前制约该技术发展的主要因素是可打印材料种类有限。综述了几种人体植入医用材料及其3D打印成型技术,如骨支架、心脏血管支架以及药物定向运输材料的3D打印制备技术,并分析了以上技术各自的特点。最后结合各种3D打印成型技术的特点以及几个应用案例,对3D打印在人体植入物医学领域的发展进行了展望。     

4D打印刺激响应形状记忆智能材料的研究现状与展望

4D打印技术是一种可变特性快速成型技术，主要以3D打印为基础，使用智能材料对所需物体进行增材制造，成型固件可在外界环境的刺激下，就其形状、结构或功能发生时间维度上的改变。该技术被提出以来，便受到广大学者的关注。随着对4D打印技术研究的不断深入，该技术在学科交叉融合中发挥着显著优势。首先对4D打印中的形状记忆智能材料的研究现状进行综述，其次阐述了基于形状记忆智能材料的4D打印技术在医疗，仿生，军事以及生活产品制造领域的应用研究，最后展望了4D打印形状记忆智能材料在未来发展中的潜在应用及挑战。     

无机材料喷墨制备新方法的进展

近年来, 喷墨制备技术被用于无机材料复杂三维结构无模成型和材料芯片的制备中, 受到了国内外研究人员的广泛关注. 本文综述了喷墨制备技术在无机材料多个方面的研究进展, 包括不同驱动模式的喷墨设备选择, 材料墨水的性能、无机材料复杂结构和材料芯片喷墨制备过程中存在的问题以及目前研究的热点问题等. 并介绍了作者在喷墨制备应用研究方面的进展, 包括电极制作和制备材料芯片用电磁式喷墨打印设备的建立.     

兰州化物所3D打印高性能墨水材料研究获进展

正中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室表界面研究团队在3D打印高性能墨水材料方面取得进展。他们发展了3D打印高性能聚酰亚胺光敏树脂,其优异的综合性能使高精度、高耐热性、高强度复杂结构零部件和机构的直接3D快速成型制造成为可能。3D打印技术(亦称增材制造),是一种快速制造具有特殊     

3D打印在生物医疗领域的应用及医学案例

<正>3D打印技术诞生于20世纪90年代中期,是一种基于计算机3D数字成像技术和多层连续打印的新兴技术。3D打印技术结合了光固化和纸层叠等技术,用于物件的快速成型。近年来,3D打印技术在生物医学领域取得了突飞猛进的进展。一、组织工程学中的技术进展组织工程学的目标是为再生疗法创造功能性组织和器官,最终实现器官移植或置换。研究人员在可再生医学领域不断的试错以验证技术的可