傳統(tǒng)的陶瓷成型方法包括干法成型、塑性成型和注漿成型等在內(nèi)，都需要借助事先制好的模具才能制備出具有一定形狀和強(qiáng)度的陶瓷制品，流程耗時長、成本高。而相比于傳統(tǒng)的制造技術(shù)，3D打印技術(shù)具有高效率、制造快、無模化、可復(fù)雜化等優(yōu)勢，而陶瓷制品需經(jīng)過原料粉體的處理、坯體制備成型、固體制品燒結(jié)和最終加工處理四個主要環(huán)節(jié)，其中屬制品成型這一步過程耗時最長且造價最貴。

為了使先進(jìn)陶瓷生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)節(jié)約制備原材料、縮短產(chǎn)品加工周期、降低制造成本、制品量產(chǎn)化等問題，依托于3D打印的無模陶瓷成型制造技術(shù)應(yīng)運而生。

下面介紹幾種陶瓷3D打印技術(shù)

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(jī)結(jié)合劑中，并加入無定型基料粘合劑，將復(fù)合材料放入擠出機(jī)中后在稍高于其熔點的溫度下熔化，通過計算機(jī)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(jī)械性能和熱性能；設(shè)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(shè)計的過于小巧、內(nèi)部也不宜過于致密，原因在于當(dāng)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(jìn)行打印會出現(xiàn)二次融化的現(xiàn)象，這很容易導(dǎo)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(yīng)用最廣泛的快速成型技術(shù)之一。主要機(jī)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。

優(yōu)點：該方法成型速度快、自動化程度高、可成型任意復(fù)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(fù)雜、高精度的精細(xì)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(jī)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(hù)。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(chǔ)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(jī)設(shè)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(jìn)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(fù)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(fù)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(yù)熱和冷卻，因此成型周期較長，且后續(xù)處理工藝也較為復(fù)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。-

4.三維打印成型技術(shù)（three-dimensional printing，3DP）

該項技術(shù)最初是由麻省理工學(xué)院的工作人員根據(jù)“層層打印、逐層疊加”的原理提出來的，是近幾年為研制高性能陶瓷所開發(fā)的新型技術(shù)。這項技術(shù)應(yīng)用于陶瓷材料成型的工藝過程為：先將設(shè)計出的產(chǎn)品三維結(jié)構(gòu)分割成多個分立的結(jié)構(gòu)單元，然后在計算機(jī)指令的控制下，將黏結(jié)劑選擇性地噴射到陶瓷粉末表面上，粉體粘結(jié)后就可獲得最終成型的立體構(gòu)件。

應(yīng)用：目前3DP技術(shù)在生物陶瓷和功能陶瓷中取得了應(yīng)用，例如利用該技術(shù)成功制備出高精度的Al2O3-ZrO2功能階梯陶瓷材料和高強(qiáng)度的人體石膏骨骼。

5.噴墨打印成型技術(shù)（ink jet printing，IJP）

該技術(shù)是在噴墨打印機(jī)的原理基礎(chǔ)上，結(jié)合3D打印的理念發(fā)展而來。工藝流程為：首先將陶瓷粉料與各種添加劑和有機(jī)物進(jìn)行混合制成陶瓷漿料，也稱“陶瓷墨水”，然后用噴墨打印機(jī)將這種漿料按照計算機(jī)指令逐步噴射到載體上，從而形成具有原先設(shè)計外形與尺寸的陶瓷生坯。該項技術(shù)關(guān)鍵有兩點：一是陶瓷墨水質(zhì)量，不僅要求粉末含量高，同時對分散度、抗沉淀性、黏度、干燥速率要求都很嚴(yán)格；二是打印機(jī)的控制，元件的三維模型被轉(zhuǎn)為打印控制碼，然后用程序驅(qū)動打印機(jī)動作。

優(yōu)點：成型機(jī)理相對簡單，打印頭成本較低，若將陶瓷墨水的問題解決就可以實現(xiàn)該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

缺點：噴墨打印成型也存在一定的局限性，例如由于墨水液滴的大小限制了打印點的最大高度，所以這項技術(shù)很難制備在Z軸方向具有不同高度的三維構(gòu)件，同時也無法制備具有內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)的陶瓷產(chǎn)品。

來源：瓷錄Ceramats

傳統(tǒng)的陶瓷成型方法包括干法成型、塑性成型和注漿成型等在內(nèi)，都需要借助事先制好的模具才能制備出具有一定形狀和強(qiáng)度的陶瓷制品，流程耗時長、成本高。而相比于傳統(tǒng)的制造技術(shù)，3D打印技術(shù)具有高效率、制造快、無模化、可復(fù)雜化等優(yōu)勢，而陶瓷制品需經(jīng)過原料粉體的處理、坯體制備成型、固體制品燒結(jié)和最終加工處理四個主要環(huán)節(jié)，其中屬制品成型這一步過程耗時最長且造價最貴。

為了使先進(jìn)陶瓷生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)節(jié)約制備原材料、縮短產(chǎn)品加工周期、降低制造成本、制品量產(chǎn)化等問題，依托于3D打印的無模陶瓷成型制造技術(shù)應(yīng)運而生。

下面介紹幾種陶瓷3D打印技術(shù)

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(jī)結(jié)合劑中，并加入無定型基料粘合劑，將復(fù)合材料放入擠出機(jī)中后在稍高于其熔點的溫度下熔化，通過計算機(jī)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(jī)械性能和熱性能；設(shè)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(shè)計的過于小巧、內(nèi)部也不宜過于致密，原因在于當(dāng)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(jìn)行打印會出現(xiàn)二次融化的現(xiàn)象，這很容易導(dǎo)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(yīng)用最廣泛的快速成型技術(shù)之一。主要機(jī)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。

優(yōu)點：該方法成型速度快、自動化程度高、可成型任意復(fù)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(fù)雜、高精度的精細(xì)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(jī)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(hù)。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(chǔ)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(jī)設(shè)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(jìn)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(fù)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(fù)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(yù)熱和冷卻，因此成型周期較長，且后續(xù)處理工藝也較為復(fù)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。-

4.三維打印成型技術(shù)（three-dimensional printing，3DP）

該項技術(shù)最初是由麻省理工學(xué)院的工作人員根據(jù)“層層打印、逐層疊加”的原理提出來的，是近幾年為研制高性能陶瓷所開發(fā)的新型技術(shù)。這項技術(shù)應(yīng)用于陶瓷材料成型的工藝過程為：先將設(shè)計出的產(chǎn)品三維結(jié)構(gòu)分割成多個分立的結(jié)構(gòu)單元，然后在計算機(jī)指令的控制下，將黏結(jié)劑選擇性地噴射到陶瓷粉末表面上，粉體粘結(jié)后就可獲得最終成型的立體構(gòu)件。

應(yīng)用：目前3DP技術(shù)在生物陶瓷和功能陶瓷中取得了應(yīng)用，例如利用該技術(shù)成功制備出高精度的Al2O3-ZrO2功能階梯陶瓷材料和高強(qiáng)度的人體石膏骨骼。

5.噴墨打印成型技術(shù)（ink jet printing，IJP）

該技術(shù)是在噴墨打印機(jī)的原理基礎(chǔ)上，結(jié)合3D打印的理念發(fā)展而來。工藝流程為：首先將陶瓷粉料與各種添加劑和有機(jī)物進(jìn)行混合制成陶瓷漿料，也稱“陶瓷墨水”，然后用噴墨打印機(jī)將這種漿料按照計算機(jī)指令逐步噴射到載體上，從而形成具有原先設(shè)計外形與尺寸的陶瓷生坯。該項技術(shù)關(guān)鍵有兩點：一是陶瓷墨水質(zhì)量，不僅要求粉末含量高，同時對分散度、抗沉淀性、黏度、干燥速率要求都很嚴(yán)格；二是打印機(jī)的控制，元件的三維模型被轉(zhuǎn)為打印控制碼，然后用程序驅(qū)動打印機(jī)動作。

優(yōu)點：成型機(jī)理相對簡單，打印頭成本較低，若將陶瓷墨水的問題解決就可以實現(xiàn)該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

缺點：噴墨打印成型也存在一定的局限性，例如由于墨水液滴的大小限制了打印點的最大高度，所以這項技術(shù)很難制備在Z軸方向具有不同高度的三維構(gòu)件，同時也無法制備具有內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)的陶瓷產(chǎn)品。

來源：瓷錄Ceramats