高性能陶瓷3D打印技术及其应用

来源:3D打印商情    关键词:3D打印,3D打印技术,3D打印运用,    发布时间:2019-11-28

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(昆山博力迈三维打印科技有限公司供稿)

近年来,陶瓷3D打印逐渐兴起,据国际权威机构预测,3D打印陶瓷市场的全球规模有望从2016年的2780万美元,增长至2021年的1.315亿美元,期间的复合年增长率(CAGR)将高达29.6%,2027年将达到10亿美元,在航空航天,医疗,工业制造甚至消费品领域将会迅速普及。陶瓷3D打印方法有多种,其中较先进方法采用的原料是陶瓷-光敏树脂浆料,工艺流程如下:


陶瓷-光敏树脂浆料由陶瓷粉和液态光敏树脂单体混合而成,此外还包括光引发剂、溶剂、分散剂等助剂。


目前,陶瓷3D打印机有两种流行机型:

1. 奥地利Lithoz公司生产的陶瓷3D打印机,采用下光源面投影(DLP)固化陶瓷-光敏树脂浆料。


2. 法国3DCERAM公司生产的陶瓷3D打印机,采用上置激光-振镜扫描(SLA)固化陶瓷-光敏树脂浆料。打印氧化锆陶瓷测试件3点弯曲强度为1100 MPa,相对密度为99%。


在昆山工研院3D研究所研发成果的基础上,昆山博力迈三维打印科技有限公司已能批量生产高性能陶瓷3D打印机,这种打印机有4种型号,其主要技术参数如下:



CSL陶瓷3D打印机采用自主专利的陶瓷浆料和3D打印技术,是科技部2018年重点专项(1.20)的首选陶瓷3D打印机,有如下特点:


(1)采用先进激光–振镜扫描(SLA)成形原理

激光固化陶瓷–光敏树脂浆料后,形成3D陶瓷生坯件,然后经脱脂与高温烧结,构成陶瓷件。

(2)浆料性能稳定,打印陶瓷件的密度和强度高

采用高陶瓷容积比的浆料,所含成分长时间不偏析、不沉降,打印陶瓷件有高密度和高强度(氧化锆陶瓷测试件的3点弯曲强度可达750 -1000 MPa)。

(3)采用循环式加料与余料回收,材料利用率高

不设置活塞式浆料缸,采用强力泵使陶瓷浆由料盒流至成形台,并循环工作,回收剩余的陶瓷浆料,正常打印所需浆料容积小于3~5 L,特别适合打印材料研发。


(4)刮刀倾角可变,铺设浆料薄层均匀、平坦

能根据陶瓷浆料的黏度,优化刮刀倾角,确保浆料薄层达到25μm。


(5)采用特殊防卡壳结构设计,运行更可靠

浆料中细小陶瓷硬粒不会造成运动障碍和卡死。

(6)多项打印参数可调,工艺性和材料适应性好

可调节的参数有:激光输出功率、光斑尺寸、激光焦点、激光扫描速度和扫描路径、刮刀倾角和打印速度,从而能确保陶瓷件层间可靠粘结、表面光洁和高打印效率,并可打印梯度组织陶瓷件。因此,与DLP式陶瓷3D打印机相比较,有更好的工艺性和材料适应性。

高性能陶瓷3D打印机的主要应用领域如下图所示:


在北大口腔医院牵头的2018年科技部“增材制造与激光制造”重点专项“口腔修复体3D打印临床应用示范”中,博力迈公司负责提供自主研发的氧化锆SLA成形设备、配合进行浆料配置、成形、脱脂烧结工艺的优化。

下面是博力迈陶瓷3D打印机打印的陶瓷件实例:


氧化锆陶瓷义齿

采用德国ATOS光学扫描仪,对打印并脱脂烧结的氧化锆陶瓷牙冠与设计牙冠比对表明,其关键内腔形貌尺寸误差小于41微米,合乎要求:


陶瓷骨修复体


三维贯通多孔陶瓷件(孔径小于0.10-0.15mm)


飞机叶片与叶轮


机械零件


装饰品

综上所述,博力迈陶瓷3D打印机有很高的性价比,完全可以取代同类进口产品!有信心向中国高铁学习,走向世界!

应用和推广陶瓷3D打印技术的关键是:建立陶瓷浆料、陶瓷3D打印、脱脂烧结和应用的强强联合与配套!