陶瓷增材制造

陶瓷的脆性和高硬度使得传统陶瓷成型工艺不易制备具有复杂形状和结构的陶瓷制件。本文总结了目前发展较快的激光选区熔融、激光选区烧结、三维打印、立体光固化、自由挤出成型等增材制造工艺在陶瓷领域的研究进展。面向复杂结构和高性能陶瓷制品的定制化快速制造需求,陶瓷增材制造技术展现出极大优势,在传统陶瓷行业、生物医疗等领域得到了应用。但是,陶瓷增材制造仍面临着打印材料及大尺寸、高致密度复杂结构陶瓷零件制造等难题,这些也将是增材制造技术未来发展的重要研究方向。     

陶瓷增材制造(3D打印)技术研究进展

高性能陶瓷是现代技术发展和应用不可或缺的关键材料。常规的陶瓷制造技术难以满足对个性化、精细化、轻量化和复杂化的高端产品快速制造的需求。新兴的增材制造技术(3D打印)在高性能陶瓷的成型制造领域具有巨大的发展潜力,有望突破传统陶瓷加工和生产的技术瓶颈,为陶瓷关键零部件的应用开辟新的途径。本文针对陶瓷材料及其快速成型和后处理工艺,重点阐述了三维打印技术、光固化成型技术、选择性激光烧结技术等主流陶瓷增材制造技术的研究现状,并指出了目前存在的问题及发展趋势。     

光固化氧化铝陶瓷浆料流变性能研究进展

立体光固化成型技术是一种生产高精度、高性能陶瓷部件的新兴增材制造工艺。制备具有良好流动性和高固相含量的陶瓷浆料是立体光固化增材制造工艺的优势。本文讨论了固相含量、单体、分散剂、粉体级配等因素对浆料流变性能的影响规律,总结了目前配制高固相含量和低黏度光固化Al₂O₃陶瓷浆料的材料选择原则,归纳了制备高固相含量、低黏度Al₂O₃陶瓷浆料的指导方法,指出了高性能光固化Al₂O₃陶瓷浆料开发的主要趋势和面临的挑战。     

机器学习算法辅助增材制造古陶瓷修复材料研究进展

为研制开发高性能古陶瓷修复材料,从材料制备现状、增材制造技术及机器学习算法等方面展开论述.简述了增材制造原理及发展历程,并对分层实体成型、立体光固化成型、选区激光烧结成型等快速成型工艺技术的优缺点进行了对比分析;在古陶瓷修复件的增材制造过程中,针对古陶瓷碎片的识别与精准分类、古陶瓷修复件品质预测的可靠性与数据处理效率以...     

基于光固化技术的陶瓷快速成型研究进展

3D打印技术是制造领域正在迅速发展的新兴技术,能简捷、自动地制造出历来各种加工方法难以制作的复杂立体形状。利用光敏树脂和不同陶瓷粉末混合制备可打印陶瓷材料,基于光固化的快速制造技术有望突破复杂形状陶瓷零件的成型限制。简要阐述了光固化技术的基本原理,重点阐述了目前的陶瓷快速成型工艺以及国产化相关陶瓷打印材料的研究。     

陶瓷3D打印技术的研究与进展

3D打印技术是一种新型的陶瓷成型制造工艺,它无需模具,可快速制备出形状复杂的陶瓷零部件。系统综述了6种现有3D打印技术在陶瓷制造领域的研究进展,包括三维印刷成型技术、喷射打印成型技术、激光选区烧结成型技术、光固化快速成型技术、熔化沉积成型技术以及叠层实体制造技术。重点介绍了一种新型3D打印方法——浆料直写成型技术,与现有3D打印技术相比,直写成型技术能够在常温下、无需任何紫外光或者激光的辐射,通过简单的陶瓷原料制备出三维多孔立体精细结构,在先进陶瓷制备领域具有极大的潜力。从浆料体系、直写成型设备以及多功能应用3个方面详细阐述了浆料直写成型技术的研究进展。最后论述了陶瓷3D打印技术所具有的独特优势和面临的机遇与挑战。     

陶瓷3D打印技术研究进展

近年来随着社会科技的快速发展,在高性能陶瓷成型制造领域,3D打印技术具有广泛的发展前景,对于克服传统陶瓷加工和生产过程中遇到的技术瓶颈具有推进作用,有助于开辟陶瓷复杂零部件应用的新途径。本文针对近年来发展较快的光固化成型、选择性激光烧结、叠层实体制造技术等3D打印技术在陶瓷领域的研究进展进行分析,最后,总结出目前陶瓷3D打印技术所面临的困难与挑战。     

基于浆料的陶瓷增材制造技术制备多孔陶瓷研究进展

多孔陶瓷因将多孔结构引入到陶瓷材料中而具备体积密度低、比表面积高、导热系数低、耐高温、耐腐蚀等特点,在催化过滤、生物支架、保温隔热、轻质结构部件等方面具有广泛的应用。多级孔陶瓷有效整合了多种孔结构带来的性能优势,实现了材料在同等体积水平的功能最大化,成为多孔陶瓷的发展趋势,然而其制备仍存在巨大挑战。陶瓷增材制造技术突破了传统陶瓷成形工艺需要特定模具且成形精度低的限制,仅通过层层连接的方式即可成形各种复杂形状、高精度陶瓷材料。打印前原材料形式包括粉体、块材、线材和浆料,其中基于浆料的陶瓷增材制造技术结合了陶瓷增材制造技术及胶态成形工艺的优势,不仅有利于复杂组分之间均匀混合,还为构建亚微米甚至纳米级别孔结构,实现复杂形状、精细结构多级孔陶瓷的制备提供了条件。首先概述了5类以浆料形式进行打印的陶瓷增材制造技术,包括立体光固化技术、数字光处理技术、双光子聚合技术、喷墨印刷技术以及浆料直写成形技术。进一步系统分析了基于浆料的陶瓷增材制造技术与现有多孔陶瓷制备工艺结合制备多级孔陶瓷的研究现状。最后,对基于浆料的陶瓷增材制造技术制得多孔陶瓷的具体应用及发展方向进行了分析与展望。     

基于浆料形态的陶瓷3D打印技术的浆料体系研究进展

3D打印技术因其操作简单便捷、成型快速灵活、可制备复杂结构的器件等优点,在精密陶瓷零件制造方面具有广泛应用。本文根据3D打印陶瓷的材料形态综述不同3D打印技术在陶瓷制备方面的特点,重点介绍了陶瓷3D打印成型技术中直写式3D打印、光固化3D打印、喷墨3D打印等技术所涉及的粘结剂、分散剂等组分的应用及作用机理,并对水基和非水基两种类型的添加剂组分进行总结和探讨,以期为3D打印技术制备高性能陶瓷样件提供参考。     

氧阻聚层调控原理及其对陶瓷光固化成型精度的影响

利用自由基树脂材料进行光固化3D打印时出现的"氧阻聚层",为其连续制造和表面质量的提升提供了可能,但因对打印件的结构精度的调控机理不清,打印具有复杂外形的多孔结构件难以控制其成型精度。利用自制自由基生物陶瓷浆料经光固化3D打印制造多孔生物骨陶瓷支架,研究并提出了光固化过程中的3阶段的固化区间和氧阻聚层调控成型精度原理;建立了寻找合理的氧阻聚调控打印工艺参数的方法;发现了氧阻聚层不仅能够提升陶瓷制件的成型精度,也会影响其力学性能。由此建立起的氧阻聚层厚度对生物骨陶瓷支架的多孔结构成型精度和力学性能的作用机制,为多功能陶瓷打印技术及其陶瓷基骨替代物应用提供了高精度制造基础理论与方法。     

3D打印陶瓷技术的研究进展

本文介绍了3D打印区别于传统制造的特点,阐述了3D打印技术基于增材制造的机理,通过对3D打印制品的举例分析突出了3D打印生产的优势。介绍了融熔沉积成形技术(FDM)、分层实体制造技术(LOM)、光固化成形技术(SLA)和激光选区烧结技术(SLS)四种较为成熟的3D打印成形技术,具体揭示了成形原理。之后介绍了有机前驱体陶瓷、氧化铝陶瓷和磷酸三钙陶瓷三种比较具有代表性的陶瓷材料,展示了3D打印的应用领域之广,对当前3D打印行业的市场现状进行了分析,并结合我国3D打印行业现状分析得出我国要大力发展3D打印技术的结论。     

增材制造聚合物功能梯度材料研究进展

聚合物功能梯度材料(PGMs)是一种以聚合物为连续相，多种材质相互耦合，组成结构和性能在材料空间方向上进行连续梯度变化的非均质复合材料。传统PGMs制备方法存在原理复杂、难定制、通用性差等问题。本文介绍了增材制造(AM)基于“离散-堆积”的成型原理和优势，综述了适用于PGMs的增材制造技术：熔融沉积成型、直写成型、立体光固化、喷射成型和选择性激光烧结的功能梯度材料成型基本原理、材料特点和性能。虽然在增材制造制备PGMs的过程中存在缺乏设计准则、表征方法和系统研究方法等问题。但是，随着对增材制造新概念材料进行基础科学研究的深入，以及针对特定使役条件和工艺性能的具体应用不断发展，增材制造将成为PGMs制备的一种极佳方法。     

3D打印超硬磨粒工具研究与展望

随着加工产业向着高精密方向发展,超硬磨粒工具的应用越来越广泛。传统制造业很难实现对于具有内外部复杂结构、高加工精密度、高度个性化加工工具制造。新兴的增材制造技术又称3D打印,与传统的材料成型技术最大的区别在于它的材料利用率较高,可以以一种快速的由原材料层层累加的方式生产出任意形状的产品,有望击破传统超硬磨粒工具生产壁垒。文章主要介绍了主流适用于制造超硬磨粒工具的3D打印技术,如光固化成型技术、激光烧结技术和三维打印成型技术,阐述了每种技术的工艺原理,同时指出了目前存在的问题,对未来3D打印技术成型超硬磨粒工具进行展望。     

陶瓷喷墨打印成型技术进展

陶瓷喷墨打印成型技术是一种把计算机辅助制造(CAM)应用于陶瓷成型中的新技术.它是在计算机控制下多层打印逐层叠加制出三维陶瓷坯体.它在复杂单体陶瓷制造、有序成分复合材料制造,固体氧化物燃料电池制造等方面有很好的应用前景.本文概述了陶瓷喷墨打印技术的进展状况.着重介绍了该技术的历史原理设备和陶瓷墨水性能要求,以及现存的问题.     

陶瓷光固化3D打印技术研究进展及应用

与传统加工方法相比,光固化3D打印技术具有个性化、定制化、高分辨率等优点,可满足陶瓷精细结构的成型,在陶瓷材料加工方面展示出很大的潜力.这里首先介绍了光固化3D打印技术及常见的陶瓷材料,从陶瓷浆料制备、素坯热处理工艺方面进行讨论.同时对该技术在生物医学领域特别是在骨科、齿科中的应用进行总结.     

空心叶片铸造用陶瓷型芯的3D打印及性能调控研究进展

陶瓷型芯在航空发动机空心涡轮叶片的熔模铸造中起到关键作用。3D打印技术作为新一代的成型技术,具有无需模具、制造周期短、精度高等优点,正在逐渐替代传统的陶瓷型芯制备工艺。本文总结了光固化技术、选择性激光烧结、直写成型技术和分层挤出成型等目前在陶瓷型芯领域使用较多的3D打印技术,针对3D打印陶瓷型芯打印精度低、力学性能与气孔率适配性差、结构性能各向异性等局限性探讨了性能优化研究现状,并对该领域的发展进行了展望。     

“增才制造”：以增材原理推动个性化陶瓷材料“成型—成性一体化”设计

增材制造是近10年来全球范围内热议的话题。相比于高分子和金属材料,陶瓷的增材制造技术突破较晚,但近年来的发展也使其成为了业界一大热点。依据陶瓷增材制造发展现状与高分子和金属增材制造的发展历程,提出"增才制造"这一通过增材原理实现"成型—成性一体化"部件的理念。首先剖析增材制造"个性化"内涵的演变及这一演变的根本原因,而后分析了当前各类陶瓷增材制造技术的技术瓶颈以及这些瓶颈中蕴含的陶瓷材料"成型—成性一体化"潜力,最后指出实现陶瓷"增才制造"的可能路径与关注点。     

双光子聚合3D打印

3D打印是一种快速成型的增材制造技术。光固化立体印刷(SLA)是技术较成熟和应用较广的一种3D打印技术。SLA是采用紫外激光的单光子聚合过程,其加工分辨率受经典光学衍射极限的限制,难以满足分辨率高的微纳结构的加工。不同于SLA,利用近红外波长飞秒激光的双光子聚合3D打印技术可以突破经典光学衍射的限制,制造分辨率高的纳米尺度任意形状三维结构。本文将介绍双光子吸收和双光子聚合的原理、双光子聚合的发展和双光子聚合3D打印技术的应用,最后对该技术的发展进行展望。     

3D打印成型陶瓷零件坯体及其致密化技术

3D打印技术在陶瓷零件成型方面具有较大应用潜力,被认为是近净尺寸成型高性能复杂结构陶瓷零件的一种新途径。本文比较了陶瓷零件或其坯体的激光选区熔化、薄材叠加制造、熔融沉积造型、光固化、三维打印和激光选区烧结等不同3D打印工艺及其致密化手段的优势和不足,认为较低的相对密度和强度是阻碍3D打印陶瓷零件实现产品应用的主要障碍。本团队近年来采用造粒混合法制备出具有良好流动性的3D打印复合陶瓷粉体,再通过激光选区烧结(SLS)和冷等静压(CIP)技术分别进行坯体成型及均匀致密化处理,制备出了高性能、复杂结构的Al_2O_3致密陶瓷零件。本文回顾了这些工作,并补充介绍了溶解沉淀和溶剂蒸发这两种制备复合陶瓷粉体的新方法,利用SLS/CIP复合工艺进一步制造了ZrO_2、SiC、高白土等其它材质的复杂陶瓷零件,为3D打印陶瓷用于航空航天、医疗、艺术等领域奠定了基础。     

光固化氮化硅陶瓷的研究综述

对于制备复杂、致密、表面精度高的Si3N4陶瓷零件,光固化相比其他的增材制造技术具有不可比拟的优势.本文分别从光固化氮化硅陶瓷的浆料体系、浆料的流变性能及固化性能分析,详细阐述了光固化Si3N4陶瓷的研究现状与应用,并介绍了它们的发展趋势和各自的优缺点,并对今后的进一步发展进行了展望.