一文简述陶瓷3D打印技术

据知名市场研究公司MARKETS ANDMARKETS（M&M）发布的一份调查报告显示，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%。

该报告还显示，截至目前，3D打印陶瓷市场份额最大的地区仍是北美，并有望继续领跑；欧洲其次，而亚太地区则有望后来居上，在未来5年里坐拥全球最高的增长率。主要包含3D打印用陶瓷粉末材料市场、3D打印陶瓷产品市场和相关设备、技术市场等的陶瓷3D打印市场，发展潜力巨大。

陶瓷3D打印技术详解

陶瓷件的3D打印包括配置陶瓷浆料、绘制三维模型并切片、3D打印成型、烧结等流程，其无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产生的研制周期，提高效率并降低成本。

3D打印陶瓷过程

目前陶瓷3D打印成型技术主要可以分为喷墨打印技术（IJP）、熔融沉淀技术（FDM）、分层实体制造技术（LOM）、选择性激光烧结技术（SLS） 和立体光固化技术（SLA）等。 使用这些技术打印得到的陶瓷坯体经过高温脱脂和烧结后便可得到陶瓷零件。根据成型方法和使用原料的不同，每种打印技术都有自己的优缺点，发展程度也有差距。

1熔融沉积造型（FDM）

熔化沉积造型法由美国学者Scott Crump于1988年研制成功，其以热塑性丝状为原料，丝通过可在X-Y方向上移动的液化器熔化后喷嘴喷出，根据所涉及部件的每一层形状，逐条线、逐个层的堆积出部件。FDM使用的原材料有聚丙烯、ABS铸造石蜡等。

FDM具有成本低、结构简单、原材料的利用效率高且没有毒气或化学物质的污染等优势，但也具有制备出的原型表面有较明显的条纹、与截面垂直的方向强度小、成型速度相对较慢、喷头容易发生堵塞，不便维护的劣势。

2直写自由成型（DIW）

直写自由成型技术，将陶瓷制备成具有固化特性的陶瓷悬浮液，计算机控制的Z轴上的浆料输送装置在X-Y平面内移动，同时从针头挤出陶瓷悬浮液，其在pH值、光照、热辐射等固化因素作用下实现固化，逐层堆积形成陶瓷零件毛坯。

DIW具有无需紫外光和激光的辐射，常温下成型；可制备高致密化的烧结体的优势，但也具有水基陶瓷悬浮液稳定性较差，保存周期短；有机物基陶瓷浆料稳定性高，保存周期长，但需增加低温排胶过程，制造成本高的劣势。

3喷墨打印技术（IJP）

喷墨打印法是由Brunel大学的Evans和Edirisingle研制出来的，它是将含有纳米陶瓷粉的悬浮液直接由喷嘴喷出以沉积成陶瓷件。目前使用的陶瓷材料有ZrO2、TiO2、Al2O3等。

IJP具有成型原理简单，打印头成本低，易产业化等优势；但喷墨打印头堵塞，另外打印高度受限且不能打印内部多孔结构模型，还要求粉末粒径分布均匀，流动性好且高温化学性质稳定。

审核编辑 黄昊宇