一文了解四种主流陶瓷3D打印技术

传统的陶瓷成型方法包括干法成型、塑性成型和注浆成型等，都是需要借助事先制好的模具才能制备出具有一定形状和强度的陶瓷制品，此流程耗时长、成本高。相比于传统制造技术，陶瓷3D打印技术具有高效率、无模化、可复杂化等优势，能够完成传统工艺不可能完成的陶瓷产品制备。

目前，陶瓷3D打印主要有四种主流技术，粘结剂喷射3D打印技术（Binder Jetting 3D Printing，BJ），立体光固化技术（Stereo Lithography Appearance，SLA），喷墨打印成型技术（Ink Jet Printing，IJP）和熔丝制造3D打印（Fused Filament Fabrication，FFF）。

一、粘结剂喷射3D打印技术（BJ）

该技术是基于离散-堆积原理而逐层叠加形成三维实体的快速成形技术，通过选择性喷射沉积液态粘结剂粘接粉末材料的增材制造工艺(GB/T35351-2017增材制造术语)。

其成形过程包括：喷头按照制件的二维截面轮廓形状，有选择性地将粘结剂喷射到粉床上；再通过粘结剂在粉末颗粒之间的渗透，使粘结剂与粘结区域内的粉末发生物理或化学反应被粘结到一起，而其它区域的粉末则呈现出未被粘结的松散状态；接着，完成一层粉末的粘结之后，构建平台下降一个层厚的距离，然后再铺设一层粉末，以填补构建平台下降后所存在的空隙；最终，铺粉完成后，紧接着进行新一层粉末的粘结成形。如此循环往复，直至完成所有层的打印。

粘结剂喷射3D打印技术是一种可以快速批量生产大型零件的陶瓷增材制造技术。

优点：

(1)无需额外支撑结构；

(2)低成本、高效率、材料体系广泛、产品表面质量良好。

缺点：

粘结剂开发难度较大。

二、立体光固化技术（SLA）

又称为立体印刷成型技术，是最早发展起来的快速成型技术，也是目前研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的快速成型技术之一。主要机制是采用一种在紫外光照射下能够迅速固化的光敏液态树脂为原料，通过紫外光选择性地辐照某一层液体，最终成型出部分区域固化的零部件。

陶瓷立体光固化3D打印示意图（图源增材在线）

优点：

(1)成型速度快，尺寸精度高，表面质量优良；

(2)可制备任意复杂形状的零件；

(3)制备的陶瓷件烧结后致密度高、性能优异。

缺点：

(1)零件容易弯曲变形，需要支撑；

(2)烧结收缩率高，脱脂困难，烧结过程容易出现开裂变形等缺陷。

三、喷墨3D打印成型技术（IJP）

喷墨3D打印是将陶瓷纳米颗粒以悬浮液的方式制成墨水，通过喷墨3D打印机的数百个或数千个喷嘴，将材料沉积到加热的平台上，利用平台的热量将溶剂蒸发获得零件。

该项技术关键有两点：一是陶瓷墨水质量，不仅要求粉末含量高，同时对分散度、抗沉淀性、黏度、干燥速率要求都很严格；二是打印机的控制，元件的三维模型需被转为打印控制码，然后用程序驱动打印机动作。

陶瓷喷墨3D打印示意图（图源增材在线）

优点：

成型机理相对简单，打印头成本较低，若将陶瓷墨水的问题解决就可以实现该技术的产业化。

缺点：

(1)喷墨打印成型存在一定的局限性，例如由于墨水液滴的大小限制了打印点的最大高度，所以这项技术很难制备在Z轴方向具有不同高度的三维构件，也无法制备具有内部多孔结构的陶瓷产品；

(2)打印过程缓慢、无法打印大型零件。

四、熔丝制造3D打印（FFF）

陶瓷熔丝制造3D打印就像普通桌面FFF 3D打印机一样，但丝材是一种含有高含量陶瓷的复合聚合物。

陶瓷熔丝制造3D打印示意图（图源增材在线）

优点：

经济实惠、其打印的部件密度与SLA或喷墨方法打印的部件一样密实。

缺点：

精度低于SLA（100微米差异），无法打印大型零件。

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