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常見的陶瓷3D打印技術(shù)成型工藝有以下幾種:
①陶瓷熔融沉積成型技術(shù)(Fused deposition of ceramics,F(xiàn)DC)
與傳統(tǒng)的熔融沉積成型相比,陶瓷熔融沉積成型技術(shù)的特點是將陶瓷粉體摻入有機結(jié)合劑中,并加入無定型基料粘合劑,將復合材料放入擠出機中后在稍高于其熔點的溫度下熔化,通過計算機控制制備陶瓷生坯,然后經(jīng)過脫脂處理后,在適宜的高溫條件下燒制成部件。
適用范圍:適用此項工藝的陶瓷材料必須具備一定的機械性能和熱性能;設計的3D模型一般為高孔隙率、管狀支撐的多孔形態(tài)。
缺點:由于該項技術(shù)需要事先加熱后再冷卻成型,這就要求3D模型不宜設計的過于小巧、內(nèi)部也不宜過于致密,原因在于當前打印層已經(jīng)打印上去時,此打印層還處于高溫狀態(tài),還未完全冷卻,此狀態(tài)下再次進行打印會出現(xiàn)二次融化的現(xiàn)象,這很容易導致3D打印的制備發(fā)生變形從而制作失敗。
②光固化快速成型技術(shù)(stereo lithography apparatus,SLA)
又稱為立體印刷成型技術(shù),是最早發(fā)展起來的快速成型技術(shù),也是目前研究最深入、技術(shù)最成熟、應用最廣泛的快速成型技術(shù)之一。主要機制是采用一種在紫外光照射下能夠迅速固化的光敏液態(tài)樹脂為原料,通過紫外光選擇性地輻照某一層液體,最終成型出部分區(qū)域固化的零部件。陶瓷顆粒在實現(xiàn)光固化聚集后,還需經(jīng)過
優(yōu)點:該方法成型速度快、自動化程度高、可成型任意復雜形狀,尺寸精度高、表面質(zhì)量優(yōu)良,運用此項技術(shù)能夠制備納米級尺寸的陶瓷零部件,以及復雜、高精度的精細工件快速成型。
缺點:零件容易彎曲變形,需要支撐。再者因制品成型中需要采用光敏樹脂和紫外光源,但光敏樹脂中可能含有有毒的有機物,容易在后續(xù)加工處理時造成環(huán)境污染,因此需避光保護。液態(tài)樹脂固化后的零件較脆、容易斷裂。
③激光選區(qū)燒結(jié)成型技術(shù)(selective laser sintering,SLS)
又稱為選擇性激光燒結(jié)工藝,基礎原理與三維印刷技術(shù)類似,就是將黏結(jié)劑換成激光束,利用激光束沿著計算機設計的路徑逐點掃描粉體的表面,受到掃描的部位就會局部受熱,致使顆粒自身熔化或在雙方在黏合劑的作用下產(chǎn)生良好的粘結(jié)。在上一層激光掃描粉體粘結(jié)完成后再在新一層的粉料進行添加,激光掃描后再次形成新一層的三維結(jié)構(gòu)。如此按照上述過程周期反復性的逐層激光掃描、高溫熔化以及局部粘結(jié)運作后,最終就可以得到區(qū)域結(jié)構(gòu)不同的立體部件。
優(yōu)點:能夠在無需支撐的條件下,直接制備塑料、金屬或陶瓷,材料選擇廣泛,并且成型精度較高,可制造復雜構(gòu)件、不需要增加基座支撐、材料利用率高。
缺點:因成型過程中需要激光的引入,粉末需要預熱和冷卻,因此成型周期較長,且后續(xù)處理工藝也較為復雜。同時由于采用的原料粉體需要能在激光作用下粘結(jié)并且高溫完全燒成,所以這項技術(shù)能夠制備的產(chǎn)品種類有限。