近幾個月來，陶瓷材料的應用比以往任何時候都更受關注。這是由于一系列的趨勢：一方面，一些AM技術現在能夠加工高級陶瓷材料，另一方面，現在有低成本的技術，能夠使用陶瓷材料作為終端用途的理想材料，使用，生物相容性甚至食品相容的產品。陶瓷技術能夠提供理想的機械性能和3D打印功能，可以在復雜的高分辨率幾何形狀中塑造陶瓷部件，這在過去是不可能的。
隨著更大的工業集團直接參與陶瓷3D打印技術的研究，SmarTech出版公司(AM行業領先的市場預測公司)正在預測Ceramics AM市場，包括硬件，軟件，材料和應用(技術和傳統)到2027年將達到10億美元，在航空航天，醫療，工業制造甚至消費品領域迅速普及。出于這些原因，3DPMN本月推出了陶瓷AM行業焦點，專門設立了 焦點組，專門針對陶瓷增材制造的所有技術，應用和市場演變。在下面的兩部分文章，Rachel Park 將在領先的工藝和主要的新應用方面探索陶瓷3D打印世界的最新發展。
——3D打印媒體網絡首席執行官Davide Sher
背景介紹
早在公元前12000年，陶器作為人類歷史上的一種功能性材料被深深地植入陶器的陶器中。工業陶瓷材料可以追溯到20世紀初，陶瓷被廣泛用于室內管道，下水道瓷磚，浴室和廚房設備。
作為一個基本的定義，陶瓷材料是無機的非固體金屬材料，通常至少30%是結晶的。自然產生的粘土傳統上是陶瓷材料的基礎材料，并且仍然占主導地位，但它不是當今所有陶瓷材料的基本要求。
陶瓷材料一般可以分為四種方式：
結構陶瓷 - 用于建筑磚，管和屋頂/地磚等
耐火陶瓷 - 用于制造鋼和玻璃的窯襯和坩堝。
白色 家具 - 包括餐具，裝飾瓷磚，藝術品和浴室家具(廁所/水槽等)。
技術陶瓷 - 先進的陶瓷材料，具有高度的機械，化學，熱和電阻性，通常用于航空，汽車，軍事和醫療應用; 一般來說，不含粘土。
在3D打印和增材制造領域，與聚合物和金屬材料類別相比，陶瓷材料仍在追趕上。在陶瓷3D打印方面，已經并將繼續進行重大的研究和增加商業用途，但是還沒有像其他材料類別那樣普及。
由Tethon3D的粘結劑噴射技術生產的陶瓷部件，在Zcorp系統上使用Tethonite粉末
另一種是由Nervous系統使用Porcelite材料在Formlabs系統上進行立體平版打印
用于3D打印的陶瓷材料的特別之處在于后期制作，從3D打印機取出的部件需要經歷與使用傳統生產方法生產的任何陶瓷部件相同的二次加工 - 即燒制(也稱為燒結)和上釉(取決于應用)。整個過程的3D打印階段是產生所需的部件形狀，由于陶瓷材料的性質，它保持脆弱的狀態 - 被稱為綠色部分。典型地在大于800℃的溫度下的燒結或燒制的二次過程基本上是向部件添加“強度”并且確定材料的最終性能的地方。
WASP的陶瓷3D打印的藝術
來自Vorm VRIJ的多材料陶瓷部件
如前所述，陶瓷3D打印已經在過去十年中引起了越來越多的研究和新的商業實體的關注，其中包括硬件和工藝開發，材料開發，應用開發，以及提供商業可用和專有陶瓷3D打印服務的專業化服務的出現。
目前有三種主要的3D打印工藝可用于陶瓷材料，即粘合劑噴射，材料擠出和槽式光聚合方法，即立體光固化(SLA)和數字光處理(DLP)。
陶瓷的粘合劑噴射可用于加工工業(技術)陶瓷材料的粘合劑噴射系統的主要3D打印硬件供應商包括3D Systems(通過之前收購ZCorporation以及后續開發); Voxeljet和ExOne。這個過程取決于技術陶瓷材料的粉末床和選擇性地結合粉末的液體粘合劑材料。
DG Shape(之前由Roland DG運營)是另一家正在開發用于3D打印陶瓷材料的粘合劑噴射系統的硬件供應商。原型版去年在formnext展出。
Johnson Matthey(JM)指出，另一家最近出現的基于粘合劑噴射工藝的商業增材制造主張。慶祝其成立200周年之際，JM的做法，是由于用戶的演變。作為原型制造應用領域的3D打印技術的長期用戶，自2009年以來，公司已經投入巨資開發了專有的粘結劑噴射工藝，用于其大批量應用 - 催化劑的生產以及專有工業陶瓷材料的開發。該公司目前正在擴大內部3D打印生產應用，并向工業合作伙伴提供服務和支持。
JM應用程序的有趣之處在于，該公司引用了比其他增材制造工藝更容易地擴大粘合劑噴射工藝的能力，其中部件的強度等于或高于傳統的生產方法。而且，通常被認為是陶瓷AM-孔隙率的限制的特性實際上對于生產催化劑是有利的。
陶瓷材料擠壓
材料擠壓工藝是3D打印工藝中應用最為廣泛的一種，適用于低成本臺式系統和大型工業機器。用于各種不同材料的不同擠出機的開發還包括粘土和陶瓷填充聚合物。
意大利WASP組織也許是最廣泛地展示了使用擠壓工藝進行陶瓷材料3D打印的能力和潛力的公司。WASP最終的目標是開發大型3D打印機，用于生產低成本的可持續住房項目，使用來自住宅區域的大量供應材料。公司正在開發的關鍵是可調流體密度擠出機的開發 - 液體沉積模型(LDM)WASP擠出機 與陶土，陶瓷，瓷器，氧化鋁，鋯和高級陶瓷相容“。
其他已經開發了陶瓷材料桌面擠壓系統的公司包括VORM VRIJ，它已經開發了LUTUM系列粘土三維打印機，帶有FFD 150H系統的3D Figo，以及最近的DeltaBots的3D Potterbot 7和Clay XYZ打印機。上個月在Kickstarter上成功獲得了資助。
WASP的陶瓷3D打印的藝術
來自Vorm VRIJ的多材料陶瓷部件
VIVJ VIRJ是荷蘭的一個夫妻團隊，其職責與WASP相似，主要受可持續發展的驅動，但也明顯側重于藝術和設計。LUTUM系列有三臺3D打印機LUTUM mini，帶有一個單一的擠出機和45 x 44 x 45厘米的構建體積; LUTUM MXL，建造體積為45 x 44 x 75厘米，標配單臺擠出機，但可配置雙重擠出機; 和用于雙色打印的雙擠出機的LUTUM雙(實驗)系統。
根據該公司的說法，DeltaBots 的3D Potterbot 7可以在Z軸上打印高達36英寸的“厚粘土”陶瓷產品。這種功能再一次由專有的擠出機實現，該擠出機的特點是噴嘴尺寸在1mm到16mm之間。
Figo-3D開發了FFD 150H 3D打印系統，其中FFD是熔融原料沉積的首字母縮略詞。該系統的前提是，它可以處理基于CIM和MIM的立場的陶瓷和金屬材料，根據該公司。FFD 150 H的構建體積為15 x 15 x 12厘米。
光聚合方式
作為SLA工藝的創始者，3D Systems可以提供了一系列陶瓷填充的SLA樹脂。
法國3D Ceram公司已經開發了專門用于3D打印光固化陶瓷漿料(氧化鋁，氧化鋯或羥基磷灰石(HA))的硬件系統。Ceramaker 900系統既提供銷售和服務，并建立30×30×11厘米的體積，分辨率下降到25微米。
像3D Ceram一樣，荷蘭的ADMATEC開發了基于其ADMAFLEX技術的專有硬件，用DLP工藝和填充樹脂(氧化鋁/氧化鋯/熔融石英)生產高密度陶瓷元件。聲稱密度> 99%以上，這個過程最初(并繼續)作為一種服務提供，但自2016年以來已經可以以ADMAFLEX 130系統的形式購買。
Lithoz LCM系統
3D Ceram最大的Ceramaker
位于奧地利的Lithoz也有類似的背景，他們在尋求3D打印陶瓷公司的發展歷史模式的情況下，Lithoz專注于陶瓷制造的整個價值鏈，包括硬件，軟件，專門開發的陶瓷材料和服務。高性能陶瓷專有的Lithoz AM工藝被稱為基于平版打印的陶瓷制造(LCM)，并使用技術性的高性能陶瓷材料生產與傳統成型零件相同材料特性的零件。這一進程的商業化是在2006年在維也納圖恩舉行的一個項目的結果。
Lithoz LCM系統
3D Ceram最大的Ceramaker
在工藝創新方面，基于以色列的XJet正在基于其專有的NanoParticle噴射技術，將直接的陶瓷噴墨打印系統商業化。實質上，這個過程噴射含有陶瓷納米顆粒的超薄液滴層，沉積在系統構建托盤上，當分散液體由于過程的極高溫度而蒸發時，直接生成陶瓷部件。有趣的是，我們了解到XJet進入陶瓷行業的主要驅動力來自牙科行業，這可能是一個主導應用。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
