中國粉體網(wǎng)訊 據(jù)最近發(fā)表在《先進材料》雜志上的論文,，美國東北大學(xué)開發(fā)出一種可壓鑄成復(fù)雜零件的全陶瓷材料——快速熱成型陶瓷,。研究人員認為，未來這種全陶瓷材料可用于塑形,，貼合到各種電子部件上,，這種陶瓷將比目前使用的金屬更薄、更輕,、效率更高,。
圖片來源：美國東北大學(xué)
陶瓷擁有高強、高硬,、耐腐蝕等優(yōu)點,，但同時其具有的硬和脆等特征，導(dǎo)致陶瓷成型速度慢,、加工成本高,、難度大，極大的妨礙了陶瓷材料的發(fā)展應(yīng)用,。而快速成型技術(shù)的出現(xiàn),，能大幅降低陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率,。
快速成型的工作原理
快速成型技術(shù)（即RP）是集CAD技術(shù),、數(shù)控技術(shù),、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果。先借助三維CAD,，或用實體反求工程采集得到有關(guān)原型或零件的幾何形狀,、結(jié)構(gòu)和材料的組合信息，從而獲得目標的三維數(shù)據(jù)模型,；然后將計算機內(nèi)的三維數(shù)據(jù)模進行分層離散的得到各層截面的輪廓數(shù)據(jù),；之后將信息輸出到計算機控制的機電集成制造系統(tǒng)。RP技術(shù)的各種成型工藝根據(jù)各自具體的工藝要求,，控制激光器（或噴嘴）有選擇性地?zé)Y(jié)薄層的陶瓷粉末,，形成一系列具有微小厚度的片狀實體，再采用熔結(jié),、聚合、粘結(jié)等手段使其逐層堆積成一體,。
快速成型的特點
制造復(fù)雜零件,。RP技術(shù)采用逐層堆積制備零件，可以不受零件形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的限制,。
凈型成型,。RP技術(shù)制備的部件需要的后期輔助加工量減小，避免了外協(xié)加工的數(shù)據(jù)泄露和時間跨度,，尤其適合一些高保密性的行業(yè),。
產(chǎn)品研制周期短。RP技術(shù)能使產(chǎn)品設(shè)計和模具生產(chǎn)并行,，從而縮短產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的周期,，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，特別適合小批量,、復(fù)雜,、異形產(chǎn)品的直接生產(chǎn)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,，RP技術(shù)也更加有利于遠程設(shè)計和遠程制造,。
應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。RP技術(shù)制備的產(chǎn)品是自然無縫連接,，結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)固性和連接強度要遠高于傳統(tǒng)方法,，RP技術(shù)不僅在制造的原型制造、產(chǎn)品造型與模型設(shè)計領(lǐng)域,，在醫(yī)學(xué)和建筑工程領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景,。
快速成型技術(shù)
1、立體光刻成型技術(shù)（SLA）
SLA技術(shù)目前是世界上研究最深入,、技術(shù)最成熟,、應(yīng)用最廣泛的一種快速成型方法。其已成功用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)致密/多孔陶瓷零件的制造，如整體型芯,、微電子組件如傳感器和光子晶體,、生物醫(yī)學(xué)人工支架和口腔修復(fù)等。
國外在有機前軀體光敏材料體系,、光固化掃描方式和脫脂工藝等因素的影響方面取得了一些進展,；國內(nèi)從事SLA技術(shù)研究的機構(gòu)也越來越多，主要研究單位是西安交通大學(xué),、深圳大學(xué),、廣東工業(yè)大學(xué)等，在成型機理,、漿料組分,、控制成型工藝等方開展了大量的工作。
2,、分層實體制造技術(shù)（LOM）
LOM又被稱為層疊制備技術(shù),，能夠?qū)⒁呀?jīng)成型的陶瓷薄片，通過涂覆熱熔膠等材料進行熱壓輥輪加熱,、壓片和粘結(jié)的方法,，將其與已經(jīng)成型的工件粘結(jié)在一起，利用激光掃描器切割成型,，反復(fù)操作后,，直到所有截面粘結(jié)和切割成型，可得到實體零件,。
LOM技術(shù)是最成熟的RP技術(shù)之一,，具有制作效率高、速度快,、成本低等優(yōu)點,，已廣泛應(yīng)用于復(fù)雜零件制造工作當(dāng)中。用于LOM技術(shù)的陶瓷片材主要采用流延法制作,，材質(zhì)主要有Al2O3,、SiC、Si3N4,、和BaTiO3等,。Klosterman等采用SiC粉體、炭黑,、石墨粉末和高分子粘結(jié)劑作為原材料,，通過流延法制成陶瓷薄片，進一步利用LOM技術(shù),，成功制備出防彈衣陶瓷素坯,。
3,、熔融沉積制造技術(shù)（FDM）
FDM技術(shù)具有成型系統(tǒng)尺寸小、成型材料廣泛,、成型速度快和無環(huán)境污染等特點,，但其制件表面質(zhì)量較差。
采用FDM工藝制備陶瓷件的工藝稱為FDC,，即將陶瓷粉和有機粘結(jié)劑相混合,，用擠出機或毛細管流變儀做成絲后用FDM設(shè)備做出陶瓷件生胚，通過粘結(jié)劑的去除和陶瓷生胚的燒結(jié)的得到較高致密性的陶瓷件,。
4,、激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)（SLS）
SLS技術(shù)所用的成型材料均為粉末狀材料，適合SLS的材料必須具有良好的熱塑（固）性,、適度的導(dǎo)熱性,、較窄的“軟化-固化”溫度范圍，經(jīng)激光燒結(jié)后要有足夠的粘接強度,。
一般SLS 制備的陶瓷件胚體密度較低,，通過后期浸漬及溫等靜壓工藝可以實現(xiàn)高密度陶瓷胚體的制備，進而燒結(jié)過得致密的材料,。
5,、三維打印技術(shù)（3DP）
與SLS 技術(shù)不同的是,，3DP技術(shù)材料粉末不是通過燒結(jié)連接起來的,，而是通過噴頭用粘結(jié)劑將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。
3DP工藝采用了打印技術(shù)中的噴墨方法,，噴頭不直接接觸粉末表面的情況下,，將零件的片層逐層粘接起來，該技術(shù)主要可以控制對孔隙率及對孔徑分布的控制,。
快速成型技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展
RP技術(shù)最初主要應(yīng)用在產(chǎn)品開發(fā)中的設(shè)計評價和功能試驗上,，借此縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期、降低設(shè)計費,。近幾年來RP技術(shù)在修復(fù)醫(yī)學(xué)上的發(fā)展迅速,，主要集中在人工假體、人工活性骨及口腔修復(fù)等方面,。
國外RP技術(shù)相對要比較成熟,，美國已基本形成產(chǎn)業(yè)鏈。而國內(nèi)發(fā)展較落后,，還處于向產(chǎn)業(yè)化階段邁進的時期,。我國的RP技術(shù)還存在制造精度差、強度低和價格高等不足之處,，另外就是維護費用也較高,，這些因素也限制了RP技術(shù)的推廣應(yīng)用,。但這并不能遮蓋其快速制造復(fù)雜形狀構(gòu)件的優(yōu)點，因此,，其應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊,。
參考來源：
張曉麗，李楠等：先進陶瓷材料快速成型技術(shù)研究進展
左開慧,，姚冬旭等：應(yīng)用于陶瓷材料的快速成型技術(shù)的發(fā)展
楊飛等人：陶瓷曝光快速成型工藝研究
財聯(lián)社：新型陶瓷了解下,？有望應(yīng)用于電子產(chǎn)品 輕薄且散熱更高效
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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