科学家们开发出更实惠的陶瓷3D打印技术

时间：2021-02-25 11:08 来源：中国3D打印网作者：中国3D打印网阅读：次

中国3D打印网2月25日讯，斯洛伐克工业大学的研究人员开发了一种新颖的陶瓷3D打印材料，该材料设计用于低成本FFF机器。与现有的入门级陶瓷不同，该团队的长丝由PVA粘结剂和莫来石基料组成，可以从标准的0.4 mm喷嘴中挤出，而无需增加附着力或调整系统。该配方也无需使用昂贵的专业熔炉就可以进行后处理，从而为潜在的业余爱好者提供了作为预算友好型陶瓷的巨大潜力。

团队的陶瓷3D打印测试对象的俯视图（左侧为600 µm喷嘴，右侧为400 µm）

团队的陶瓷3D打印测试对象的俯视图（左侧为600 µm喷嘴，右侧为400 µm）。图片来自《今日应用材料》杂志。
民用级陶瓷
       通过3D打印陶瓷，而不是使用注射成型等传统生产方法进行加工，就可以创建具有高度复杂内部特征的零件。然而，到目前为止，由于其使用难度大，该技术仅使用户能够进行短时间的生产运行，这需要粉末处理和大量的后处理。
         尽管在陶瓷方面，DIW系统通常被认为比SLS机器更易于使用，但对于新手来说却是挑剔的，并且难以配制出最佳的浆料。相比之下，随着RepRap项目的成功，FFF系统现在更容易访问，使其成为新采用者的理想选择。
        入门级机器的另一个优点是，它们与越来越多的聚合物（例如ABS和PLA）兼容，它们可以与陶瓷混合形成新颖的长丝。结果，已经开发出许多陶瓷负载的混合液，但是这些通常需要使用直径为600μm的喷嘴，从而限制了可能实现的细节水平。
        许多实验原料的宽度也为3毫米，尽管它们非常适合工业应用，但传统的FFF机器往往会保持1.75毫米的规格。更糟糕的是，现有的混合物在排胶过程中往往会出现不一致的收缩现象，从而限制了3D打印大型零件时它们的功效，并且有必要开发出更具可重复性的解决方案。

脱脂前后3D打印零件的填充结构图像。图片来自《今日应用材料》杂志。
斯洛伐克的新颖原料
       为了使陶瓷材料更易于加工并因此更容易获得，斯洛伐克的科学家设计了一种新配方。通过将莫来石粉末，脂肪酸和热塑性聚合物结合在一起，该团队能够制造出直径为1.75毫米的细丝，该细丝可以使用0.4毫米的打印头进行加工，这与商业替代品非常相似。
      优化了原料后，研究人员将600和400 µm的打印头分别连接到Leapfrog Creatr 3D打印机上，并制作了一组圆柱形标本。每个零件都用微型矩形进行了图形化处理，以使打印错误显而易见，但研究小组未发现可见的裂纹或喷嘴堵塞，使他们认为这种方法是成功的。
       但是，科学家们还选择了在廉价陶瓷窑中发现的条件下对他们的测试零件进行装订，这会导致明显的收缩，在1400°C时尺寸可减小41.5％。最终，研究人员确定了1250至1350°C之间的最佳点，并优化了参数集，与使用传统方法制造的零件相比，其零件最多可增加17％。
      此外，研究人员发现，使用他们的新型灯丝来制作具有相同几何形状的3D打印零件，所需材料比对比陶瓷少26倍。结果，该团队得出结论，他们的原料不仅与低成本系统兼容，而且还比现货产品更有效地传递陶瓷材料的好处。
陶瓷的3D打印潜力

众所周知，陶瓷具有很高的耐热性，但其易碎性意味着公司直到最近才开始释放其潜力。通用汽车拥有的研究中心HRL实验室在这一领域进行了重大研究，去年开发了一种3D打印抗断裂陶瓷基复合材料（CMC）的新方法。该研究所使用一种新型的基于硅氧烷的陶瓷陶瓷材料，已经能够制造出独特强力的玻璃状结构。

同样，弗劳恩霍夫（Fraunhofer IKTS）的团队开发了一种多材料喷射（MMJ）系统，用于将金属和陶瓷组合成单个零件。利用新工艺，科学家们通过3D打印了一系列耐热组件，包括陶瓷增强卫星元件。

活页夹喷射3D打印机制造商ExOne也已获得许可，并获得了橡树岭国家实验室（ORNL）的一种新型陶瓷生产方法的许可。采用该流程使ExOne能够将其提供给客户，客户现在可以创建铝载碳化硼组件。

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