隨著“中國制造2025”的快速進(jìn)展，陶瓷制造產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了深刻的變革，正在向著“智能化，數(shù)字化”的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變。經(jīng)過多年的發(fā)展，3D打印技術(shù)在陶瓷的生產(chǎn)工藝中扮演了越來越重要的角色，基于各種方案的陶瓷打印技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

3D打印陶瓷樣件，圖片來自：昆山博力邁

但是由于陶瓷材料的特殊性，在3D打印的過程中不能像金屬一樣直接進(jìn)行燒結(jié)，一般的制造過程都是3D打印成型，后處理脫脂、燒結(jié)等形式完成。本文針對(duì)陶瓷3D打印的后處理市場(chǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行了羅列及簡(jiǎn)單的分析。

陶瓷后處理現(xiàn)狀

隨著材料技術(shù)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD），計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）等應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，陶瓷的3D打印技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但基于陶瓷材料的特殊性，以當(dāng)前的科技手段，無論是以DLP，SLA或其它各種方式制造的陶瓷件應(yīng)定義為“陶瓷坯體”，陶瓷3D打印技術(shù)在陶瓷工藝流程中事實(shí)上取代了傳統(tǒng)的“成型工藝”，在“成型工藝”之后，仍然需要“脫脂”，“燒結(jié)”等工藝流程。只有在“燒結(jié)工藝”完成之后，陶瓷粉末顆粒才能致密化，達(dá)到設(shè)計(jì)需求。

在目前陶瓷3D打印工藝中，光敏樹脂作為固化媒介添加到陶瓷漿料中，經(jīng)過特定波長(zhǎng)及功率的激光照射而固化，從而實(shí)現(xiàn)陶瓷的3D打?。ǔ尚停┕に嚒Ｒ阅壳暗湫脱趸X打印材料為例，其參數(shù)表如下：

主要性能參數(shù)表

由此可見，作為添加劑的光敏樹脂在整個(gè)打印材料中質(zhì)量占比達(dá)到了25%以上，體積占比達(dá)到了約45~50%。經(jīng)過測(cè)試，3D打印的陶瓷件其收縮率一般約為20%或更高。而以傳統(tǒng)成型工藝如注射成型、壓制等成型后質(zhì)量比一般約為3%，其收縮率一般約為10%（以氧化鋁為例）。過高的收縮率使得對(duì)于陶瓷成本的尺寸控制、表征等提出了更高的要求。因此，在3D打印的陶瓷制品后處理工藝上，也需要做出相應(yīng)的改變。

目前，由于陶瓷3D打印技術(shù)仍處于研發(fā)、小規(guī)模試產(chǎn)以及特殊行業(yè)應(yīng)用等方面，并沒有大規(guī)模的生產(chǎn)情況。因此，陶瓷3D打印機(jī)的終端用戶一般都會(huì)配套實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的小型電加熱爐作為陶瓷后處理熱工設(shè)備。

這些設(shè)備大多以傳統(tǒng)陶瓷制備工藝而設(shè)計(jì)制造，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并不具備數(shù)據(jù)的收集分析能力；且大多數(shù)后工序的實(shí)施人員其專業(yè)主要集中于材料研發(fā)等方面，對(duì)于陶瓷3D打印技術(shù)，陶瓷燒結(jié)技術(shù)等并不精通。

以目前市場(chǎng)反饋的情況來看，陶瓷3D的打印的“木桶效應(yīng)”卡在了后處理工藝上，伴隨著高添加劑的使用，超大的收縮率直接導(dǎo)致了如開裂，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不均，變色等等后處理問題上，這導(dǎo)致了陶瓷3D打印技術(shù)遲遲不能進(jìn)入大批量產(chǎn)環(huán)節(jié)。

由此可見，惰性氣氛保護(hù)燒結(jié)在陶瓷3D打印后處理工藝中的重要性。經(jīng)過測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)如果使用傳統(tǒng)燒結(jié)工藝對(duì)陶瓷3D打印件進(jìn)行燒結(jié)，無論升溫速度多慢，制品均會(huì)產(chǎn)生或多或少的龜裂紋，電鏡下可觀察到貫穿全體的裂紋。

在使用惰性氣體保護(hù)后，目前可控的升溫速度在約0.8~1度每分鐘，并且需要使用空氣/惰性氣氛。在后期，將會(huì)逐步提高整體燒結(jié)速度，并使用一體化的脫脂、燒結(jié)氣氛爐作為陶瓷3D打印件的專用生產(chǎn)設(shè)備，以最大限度縮短工藝時(shí)間，降低操作復(fù)雜度。

針對(duì)現(xiàn)狀的計(jì)劃

針對(duì)目前陶瓷3D打印后處理市場(chǎng)的情況，建立一個(gè)集專用于高脂含量陶瓷生坯的脫脂、燒結(jié)、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析、檢測(cè)為一體的實(shí)驗(yàn)室，為陶瓷3D打印的終端客戶及材料開發(fā)人員提供打印后處理服務(wù)，推進(jìn)陶瓷3D打印的量產(chǎn)進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)。

在后處理工序中，有機(jī)脂的袪除顯得尤為的重要，脫脂不全將直接導(dǎo)致產(chǎn)品開裂，染色、強(qiáng)度受損等問題，對(duì)此將使用具備真空能力的脫脂設(shè)備將傳統(tǒng)脫脂工藝中有機(jī)物的氧化反應(yīng)更改為熱裂解反應(yīng)，使用惰性氣體在脫脂過程中在腔室形成保護(hù)氣氛。

并且采用檢測(cè)設(shè)備對(duì)溫度、壓力、氧含量等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，最終形成分析報(bào)告，以固定同類型產(chǎn)品的脫脂工藝。一體化脫脂、燒結(jié)工藝，表面研磨，工藝驗(yàn)證等服務(wù)將同步展開。

來源：四川省增材制造技術(shù)協(xié)會(huì)

隨著“中國制造2025”的快速進(jìn)展，陶瓷制造產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了深刻的變革，正在向著“智能化，數(shù)字化”的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變。經(jīng)過多年的發(fā)展，3D打印技術(shù)在陶瓷的生產(chǎn)工藝中扮演了越來越重要的角色，基于各種方案的陶瓷打印技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

3D打印陶瓷樣件，圖片來自：昆山博力邁

但是由于陶瓷材料的特殊性，在3D打印的過程中不能像金屬一樣直接進(jìn)行燒結(jié)，一般的制造過程都是3D打印成型，后處理脫脂、燒結(jié)等形式完成。本文針對(duì)陶瓷3D打印的后處理市場(chǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行了羅列及簡(jiǎn)單的分析。

陶瓷后處理現(xiàn)狀

隨著材料技術(shù)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD），計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）等應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，陶瓷的3D打印技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但基于陶瓷材料的特殊性，以當(dāng)前的科技手段，無論是以DLP，SLA或其它各種方式制造的陶瓷件應(yīng)定義為“陶瓷坯體”，陶瓷3D打印技術(shù)在陶瓷工藝流程中事實(shí)上取代了傳統(tǒng)的“成型工藝”，在“成型工藝”之后，仍然需要“脫脂”，“燒結(jié)”等工藝流程。只有在“燒結(jié)工藝”完成之后，陶瓷粉末顆粒才能致密化，達(dá)到設(shè)計(jì)需求。

在目前陶瓷3D打印工藝中，光敏樹脂作為固化媒介添加到陶瓷漿料中，經(jīng)過特定波長(zhǎng)及功率的激光照射而固化，從而實(shí)現(xiàn)陶瓷的3D打?。ǔ尚停┕に嚒Ｒ阅壳暗湫脱趸X打印材料為例，其參數(shù)表如下：

主要性能參數(shù)表

由此可見，作為添加劑的光敏樹脂在整個(gè)打印材料中質(zhì)量占比達(dá)到了25%以上，體積占比達(dá)到了約45~50%。經(jīng)過測(cè)試，3D打印的陶瓷件其收縮率一般約為20%或更高。而以傳統(tǒng)成型工藝如注射成型、壓制等成型后質(zhì)量比一般約為3%，其收縮率一般約為10%（以氧化鋁為例）。過高的收縮率使得對(duì)于陶瓷成本的尺寸控制、表征等提出了更高的要求。因此，在3D打印的陶瓷制品后處理工藝上，也需要做出相應(yīng)的改變。

目前，由于陶瓷3D打印技術(shù)仍處于研發(fā)、小規(guī)模試產(chǎn)以及特殊行業(yè)應(yīng)用等方面，并沒有大規(guī)模的生產(chǎn)情況。因此，陶瓷3D打印機(jī)的終端用戶一般都會(huì)配套實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的小型電加熱爐作為陶瓷后處理熱工設(shè)備。

這些設(shè)備大多以傳統(tǒng)陶瓷制備工藝而設(shè)計(jì)制造，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并不具備數(shù)據(jù)的收集分析能力；且大多數(shù)后工序的實(shí)施人員其專業(yè)主要集中于材料研發(fā)等方面，對(duì)于陶瓷3D打印技術(shù)，陶瓷燒結(jié)技術(shù)等并不精通。

以目前市場(chǎng)反饋的情況來看，陶瓷3D的打印的“木桶效應(yīng)”卡在了后處理工藝上，伴隨著高添加劑的使用，超大的收縮率直接導(dǎo)致了如開裂，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不均，變色等等后處理問題上，這導(dǎo)致了陶瓷3D打印技術(shù)遲遲不能進(jìn)入大批量產(chǎn)環(huán)節(jié)。

由此可見，惰性氣氛保護(hù)燒結(jié)在陶瓷3D打印后處理工藝中的重要性。經(jīng)過測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)如果使用傳統(tǒng)燒結(jié)工藝對(duì)陶瓷3D打印件進(jìn)行燒結(jié)，無論升溫速度多慢，制品均會(huì)產(chǎn)生或多或少的龜裂紋，電鏡下可觀察到貫穿全體的裂紋。

在使用惰性氣體保護(hù)后，目前可控的升溫速度在約0.8~1度每分鐘，并且需要使用空氣/惰性氣氛。在后期，將會(huì)逐步提高整體燒結(jié)速度，并使用一體化的脫脂、燒結(jié)氣氛爐作為陶瓷3D打印件的專用生產(chǎn)設(shè)備，以最大限度縮短工藝時(shí)間，降低操作復(fù)雜度。

針對(duì)現(xiàn)狀的計(jì)劃

針對(duì)目前陶瓷3D打印后處理市場(chǎng)的情況，建立一個(gè)集專用于高脂含量陶瓷生坯的脫脂、燒結(jié)、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析、檢測(cè)為一體的實(shí)驗(yàn)室，為陶瓷3D打印的終端客戶及材料開發(fā)人員提供打印后處理服務(wù)，推進(jìn)陶瓷3D打印的量產(chǎn)進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)。

在后處理工序中，有機(jī)脂的袪除顯得尤為的重要，脫脂不全將直接導(dǎo)致產(chǎn)品開裂，染色、強(qiáng)度受損等問題，對(duì)此將使用具備真空能力的脫脂設(shè)備將傳統(tǒng)脫脂工藝中有機(jī)物的氧化反應(yīng)更改為熱裂解反應(yīng)，使用惰性氣體在脫脂過程中在腔室形成保護(hù)氣氛。

并且采用檢測(cè)設(shè)備對(duì)溫度、壓力、氧含量等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，最終形成分析報(bào)告，以固定同類型產(chǎn)品的脫脂工藝。一體化脫脂、燒結(jié)工藝，表面研磨，工藝驗(yàn)證等服務(wù)將同步展開。

來源：四川省增材制造技術(shù)協(xié)會(huì)