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從3D打印氧化鋁陶瓷說起,，提升特種陶瓷生產(chǎn)力的關(guān)鍵一步如何走,？

升華三維 2022-09-02 | 閱讀：585

特種陶瓷的發(fā)展為新型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，加速了傳統(tǒng)制造行業(yè)的新技術(shù)變革,。無論是結(jié)構(gòu)陶瓷還是功能陶瓷,，均在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮著越來越重要的作用。作為最為廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)陶瓷材料之一,，氧化鋁陶瓷因其優(yōu)越的性能,，具有很好的成本效益。

▲3D打印特種陶瓷結(jié)構(gòu)件樣品（來源：升華三維）

在工業(yè)4.0時(shí)代,，如何將成本效益進(jìn)行到底,，將氧化鋁陶瓷與工業(yè)應(yīng)用深度融合？對(duì)每一個(gè)創(chuàng)新型制造企業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要,。而這些企業(yè)要提高生產(chǎn)力,，進(jìn)行智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵一步該怎么走，這關(guān)乎到中國制造在全球產(chǎn)業(yè)版圖的新坐標(biāo),。

選擇路線

陶瓷成型工藝是將陶瓷原料按照實(shí)際生產(chǎn)的要求制作成規(guī)定尺寸和形狀以及一定強(qiáng)度的生坯,，成型過程取決于陶瓷原料的性能和成型工藝方法。

造就陶瓷制品的工藝多種多樣,，傳統(tǒng)典型的成型工藝包括有干壓成型,、半干壓成型、可塑成型,、流延法,、注漿成型法、等靜壓法等,。

然而,，陶瓷材料本質(zhì)上是一種脆性材料，加之其高硬度,、高耐磨性的特點(diǎn),，后續(xù)加工的難度與加工成本增加。同時(shí)高新技術(shù)領(lǐng)域?qū)ρ趸X這種特種陶瓷的形狀和尺寸精度都有較高的要求,，那么,，對(duì)于復(fù)雜的氧化鋁陶瓷結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的陶瓷成型工藝捉襟見肘,，需采用更為新型的制造技術(shù)手段,。

相比之下，3D打印陶瓷技術(shù)具有更為智能、精密,、綜合的制造能力,。它能夠完成傳統(tǒng)工藝不可能完成的制造，例如復(fù)雜多孔的細(xì)胞體陶瓷,，多角度弧面的塊體陶瓷,，孔隙率可調(diào)控的結(jié)構(gòu)陶瓷，多材料,、多結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)-功能陶瓷等,。

目前3D打印技術(shù)越來越多，常用于制備氧化鋁陶瓷的3D打印技術(shù)有光固化成型技術(shù)(SLA),、激光選區(qū)燒結(jié)成型(SLS)技術(shù),、三維打印成型技術(shù)(3DP)等。

▲常見的陶瓷3D打印技術(shù)

事實(shí)上,，選擇使用哪種技術(shù)均需要考慮氧化鋁陶瓷零件形狀,、結(jié)構(gòu)、尺寸,、成本,、打印速度、打印精度等方面的因素,。經(jīng)分析考量,，每項(xiàng)技術(shù)手段優(yōu)劣均沾，沒有一種方法能快速,、廉價(jià),、完美地3D打印出超強(qiáng)的零件，所以用戶要根據(jù)應(yīng)用的實(shí)際需求來做出關(guān)鍵一步的選擇,。

解決問題

對(duì)于很多發(fā)展中的制造企業(yè)抑或是從事材料開發(fā)的用戶來說,，進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)改造或者材料開發(fā)的投入大、成本高,，3D打印技術(shù)看來很美,，但是有時(shí)候確是高不可攀。

為了破局,，一種高性價(jià)比的特種陶瓷成型選擇應(yīng)運(yùn)而生,。粉末擠出打印技術(shù)（Powder Extrusion Printing，PEP）,，將成熟的粉末注射成型技術(shù)（(Powder Injection Molding,，PIM）引入3D打印領(lǐng)域，為陶瓷材料開發(fā),、制造與應(yīng)用客戶量身打造了一條“造血”之路,。

該技術(shù)與Scott Crump發(fā)明的熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM）類同，盡管該技術(shù)在國內(nèi)研究時(shí)間較短,，但它的提出從一開始就表現(xiàn)出很大的潛力，并于2019年開始出現(xiàn)陶瓷3D打印實(shí)用和商業(yè)應(yīng)用,。

▲氧化鋁零部件在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用（來源：升華三維）

為提高陶瓷新材料的研發(fā)效率與生產(chǎn)力,，目前已有不少客戶使用升華三維的特種陶瓷粉末材料來進(jìn)行陶瓷新材料開發(fā)、制備各種特種陶瓷零件,。

面向用戶多樣化需求,，在降低陶瓷及其復(fù)合材料開發(fā)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)制備難度及綜合成本的同時(shí),，該技術(shù)的采用還可以很好地實(shí)現(xiàn)陶瓷/金屬的多材料快速打印,、批量化生產(chǎn)，縮減周期的需求,，更好地適應(yīng)未來綠色智能制造的需求,。

怎么打印

如果您想要讓3D打印的氧化鋁陶瓷顯現(xiàn)出“特性”，并應(yīng)用于特別要求的領(lǐng)域,，除了選擇特別的成型工藝手段,，還需要采用優(yōu)質(zhì)配比的材料。

▲氧化鋁陶瓷PEP工藝流程（來源：升華三維）

原料配方的選擇對(duì)氧化鋁陶瓷制品的力學(xué)性能有著重要影響,。采用升華三維為UPS-250,、UPS-556 3D打印設(shè)備開發(fā)的專用的氧化鋁顆粒UPGM-AL2O3混合一定的高分子粘結(jié)劑，通過PEP打印技術(shù)3D打印出生坯,，生坯經(jīng)脫脂燒結(jié),，最終制得的氧化鋁陶瓷密度可達(dá)3.97g/cm3，缺陷較少,，性能可靠性強(qiáng),。

從3D打印氧化鋁陶瓷說起,，提升特種陶瓷生產(chǎn)力的關(guān)鍵一步如何走？

▲氧化鋁3D打印燒結(jié)件力學(xué)性能（來源：升華三維）

歸結(jié)而言,，升華三維的氧化鋁陶瓷3D打印解決方案,，包括從3D打印機(jī)到相關(guān)前后處理設(shè)備，以及3D打印材料和自主開發(fā)的軟件服務(wù),。其雙噴頭“陶瓷+陶瓷”“陶瓷+金屬”復(fù)合材料協(xié)同打印系統(tǒng)的研發(fā),，具有積極的應(yīng)用價(jià)值，不僅為高性能特種陶瓷的成型加工提供了新的選擇,，也拓寬了特種陶瓷制件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自由度,，滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

▲升華三維雙噴嘴3D打印可選機(jī)型

升華三維作為國內(nèi)陶瓷3D打印的領(lǐng)先者，一直致力于陶瓷3D打印設(shè)備及材料的研究和開發(fā),，以滿足不同行業(yè)的需求,。目前已掌握多種類先進(jìn)陶瓷（包括氧化鋁、氧化鋯,、碳化硅,、氮化硅、羥基磷灰石等）的3D打印核心工藝和材料技術(shù),，不斷深化特種陶瓷3D打印技術(shù)在醫(yī)療,、航天、工業(yè)領(lǐng)域的深度融合,，幫助用戶再提生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率,，并不斷助推特種陶瓷3D打印量產(chǎn)進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)。