增材制造（Additive Manufacturing, AM）技術(shù)是集機械、計算機、數(shù)控和材料于一體的先進制造技術(shù)，也稱快速制造技術(shù)。該技術(shù)起源于 20?世紀 80?年代，其基本原理是根據(jù)三維實體零件的截面信息，將三維加工簡化為二維加工，逐點或逐層堆積，最終獲得實體零件或原型。與傳統(tǒng)制造方法相比，增材制造技術(shù)具有設(shè)計自由度高、產(chǎn)品研發(fā)周期短、制造成本低等特點，可無需模具快速地制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷零件。
目前，陶瓷零件增材制造技術(shù)按照原材料的形態(tài)可分為 4 類：（1）基于粉材的增材制造技術(shù)：三維打?。═hree-Dimensional Printing，3DP）、激光選區(qū)燒結(jié)（Selective Laser Sintering，SLS）、激光選區(qū)熔化（Selective Laser Melting，SLM）；（2）基于絲材的增材制造技術(shù)：熔融沉積造型（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM）；（3）基于片材的增材制造技術(shù)：分層實體制造（Laminated Objected Manufacturing， LOM）；（4）基于液材的增材制造技術(shù)：光固化成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA），光固化面成型/數(shù)字光處理技術(shù)（Digital Light Processing,DLP）。1、三維打印
1）3DP?技術(shù)的原理
3DP 技術(shù)原理是在計算機的控制下，噴嘴將工作腔內(nèi)的粘結(jié)劑以一定的速度和頻率噴射到指定位置，固化后將粉末粘結(jié)起來，逐層堆積，最后得到實體零件。
2）3DP?技術(shù)的特點
3DP 技術(shù)的優(yōu)勢：主要有設(shè)備成本低、制造原料廣泛、無需支撐結(jié)構(gòu)就能制造具有內(nèi)腔或懸臂梁的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件。3DP 技術(shù)的不足：①成型零件的表面分辨率低、精度差（約為?0.2mm）；②噴嘴還容易發(fā)生堵塞，需要定期維護。3）3DP?技術(shù)的應(yīng)用
3DP 技術(shù)的原理決定了其成型的陶瓷坯體是多孔的，因此該方法適于制造多孔陶瓷零件，主要應(yīng)用于生物組織工程，如生物支架等。采用 3DP 技術(shù)制造多孔陶瓷通?？梢缘玫絻深惪紫叮?/section>（1）人為設(shè)計的宏觀孔，孔徑在?0.5~2mm 之間；（2）3DP 素坯經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)后未完全致密化而殘留下來的微觀孔，孔徑一般小于10μm。4）3DP陶瓷致密化
采用 3DP 技術(shù)制造致密陶瓷零件時，針對其密度較低的問題，主要采用 3 種方法進行改善：（1）向粉末材料中添加液相燒結(jié)助劑；不適用于氮化硅、氧化鋁及氧化鋯等單一組分陶瓷零件的制造。（2）在高溫?zé)Y(jié)之前，添加浸滲工序；不適用于單一組分陶瓷零件的制造。（3）對素坯進行等靜壓處理，如冷等靜壓、溫等靜壓。然而，該方法不適用于制造具有內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的復(fù)雜形狀陶瓷零件。2、激光選區(qū)燒結(jié)
1）SLS技術(shù)的原理
SLS 技術(shù)原理是根據(jù)三維模型的截面信息，采用 CO2 激光器對粉末進行掃描，使粉末軟化或熔化(如高分子粘結(jié)劑)，固化后形成二維實體，逐層堆積，得到所需實體零件。
2）SLS技術(shù)的特點
（1）成型原料廣泛，從理論上說，任何加熱后可以產(chǎn)生原子間粘結(jié)的粉末材料都可以作為 SLS 的成型原料；（2）無需支撐結(jié)構(gòu)就可以制造復(fù)雜形狀零件，具有高度的幾何獨立性。由于陶瓷材料的燒結(jié)溫度很高而且陶瓷粉體的堆積密度有限，因此很難采用激光直接燒結(jié)成型，一般需要引入低熔點高分子粘結(jié)劑，成型的素坯經(jīng)過排膠和高溫?zé)Y(jié)后才能達到所需的性能要求。（1）與 3DP 類似，SLS 受粉末性質(zhì)的影響，成型件的精度及表面粗糙度較差且 SLS 不適合制造具有細小微觀孔(<500μm)的陶瓷零件；
（2）由于采用了激光器，因此 SLS 設(shè)備比較昂貴，制造成本較高而且能源消耗量大。3、激光選區(qū)熔化
1）SLM技術(shù)的原理
SLM 是由 SLS 技術(shù)發(fā)展演變而來的一種新技術(shù)，其制造原理是利用高功率激光束將粉末逐層熔化、堆積成一個冶金結(jié)合、組織致密的實體零件。相對于 SLS 而言，SLM 技術(shù)一般采用光斑較小的高功率激光器（100~1000W），對應(yīng)于以數(shù)百 mm/s 的掃描速率進行成型。
2）SLM技術(shù)的特點
SLM技術(shù)的優(yōu)勢：無需后處理工序就可以獲得結(jié)構(gòu)與性能兼?zhèn)涞膶嶓w零件，制造周期較短。SLM技術(shù)的不足：由于激光與粉末作用時間較短，激光熔化過程中物理、化學(xué)變化復(fù)雜，獲得的零件常常存在氣孔、裂紋等缺陷。另外，對于高溫預(yù)熱系統(tǒng)的設(shè)備，激光掃描過程中出現(xiàn)的大熔池會使陶瓷表面的粗糙度變高，精度變差。4、熔融沉積造型
1）FDM技術(shù)的原理
FDM 技術(shù)原理是根據(jù)三維模型的截面信息，熱熔噴頭在計算機的控制下將熱熔性材料擠出并沉積在指定位置，逐層堆積獲得三維實體零件。
利用 FDM 制造陶瓷零件的技術(shù)也被稱為 FDC(Fused Deposition of Ceramics)，該方法是將陶瓷粉末與粘結(jié)劑混合后利用擠出機或毛細管流變儀制成絲材，然后在 FDM 設(shè)備上成型。為了獲得較好的成型質(zhì)量，一般要求絲材具有高的固相含量、均勻的顆粒分布、適宜的粘結(jié)性及強度等性能。噴嘴的直徑一般為 100~1000μm，材料經(jīng)擠出后的寬度約為噴嘴的 1.2~1.5 倍。2）FDM技術(shù)的特點
（1）原材料制備成卷軸絲的形式，易于搬運及更換；
（2）適合制造具有中空結(jié)構(gòu)和梯度復(fù)合材料的零件。（2）與其他增材制造技術(shù)相比，打印速度較慢，不適合制造大型零件。5、分層實體制造
1）LOM技術(shù)的原理
LOM 技術(shù)原理是根據(jù)三維模型的截面信息，CO2 激光器在涂有熱熔膠的片材上切割出輪廓線，并將非輪廓區(qū)域切割成網(wǎng)格，然后工作臺下降一個層厚的高度，鋪上一層新的片材，在熱壓輥的碾壓作用下使新鋪的片材與已切割層粘結(jié)在一起，重復(fù)上述操作，最終得到三維實體零件。
2）LOM技術(shù)的特點
（1）成型效率高，利用激光直接對片材進行切割，顯著提高了成型效率；
（2）無需支撐結(jié)構(gòu)就能制造復(fù)雜形狀零件，因此前期處理工作量較小；
（3）制造成本低；
（4）不受設(shè)備工作臺限制，可以制造較大尺寸工件；
（1）制造的零件質(zhì)量受層與層之間粘結(jié)效果的影響，常常存在分層，交界面出現(xiàn)孔隙及各個方向機械性能不一致等問題。
（2）由于 LOM 技術(shù)采用片材作為基體，又需要剝離廢料，因此不適合制造薄壁零件。6、光固化成型
1）SLA技術(shù)的原理
SLA 技術(shù)原理是以光敏樹脂為原料，在計算機的控制下，紫外光源根據(jù)三維模型的截面信息對液態(tài)光敏樹脂進行掃描，實現(xiàn)單層固化，然后工作臺下降一個層厚的高度，重復(fù)上述步驟，最終得到三維實體零件。
SLA 技術(shù)中用于制造陶瓷零件的液態(tài)光敏樹脂的組成為陶瓷粉末、單體、光引發(fā)劑及少量分散劑。由于 SLA 技術(shù)采用漿料的形式固化成型，因此素坯相對密度較高（>55%），經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)后可實現(xiàn)完全致密化。2）SLA技術(shù)的特點
SLA技術(shù)的優(yōu)點：制造精度高(±0.1 mm)、表面質(zhì)量好、能夠制造具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的精細零件。（1）光敏樹脂價格昂貴且一般具有毒性，容易造成環(huán)境污染；
（2）激光器的價格及使用壽命有限導(dǎo)致制件的成本較高；
（3）需要根據(jù)零件形狀設(shè)計特定的支撐結(jié)構(gòu)，以保證制造過程的穩(wěn)定性。3）SLA技術(shù)的應(yīng)用
SLA 是目前研究較成熟的一種增材制造技術(shù)，已成功應(yīng)用于醫(yī)學(xué)與生物領(lǐng)域(如牙齒和骨骼修復(fù))、微技術(shù)領(lǐng)域(如傳感器、壓電元件及光子晶體)及機械耐熱結(jié)構(gòu)領(lǐng)域(如渦輪葉片)。7、光固化面成型
1）DLP的原理
隨著微光學(xué)元件技術(shù)的進步及快速制造設(shè)備對速度、精度等性能要求的提高，一種基于掩膜制造工藝的面曝光快速制造技術(shù)——數(shù)字光處理技術(shù)(digital light processing, DLP)得到了快速發(fā)展。該方法是將面光源照射到動態(tài)視圖生成器上，然后在光敏樹脂表面得到所需的零件截面視圖，可一次性實現(xiàn)整個零件層的固化，逐層堆積，最后得到實體零件。2）DLP?技術(shù)的特點
（1）超快速的光線切換和整體投影使DLP 3D打印處理時間比傳統(tǒng)的SL點-線-面掃描過程明顯縮短，而且可以獲得微米級的特征分辨率，從而能夠更快速和更高精度地制造零件；
（2）DLP光固化一般可以從下方透過透明料槽底部進行曝光，因此其用料其實可以比SL節(jié)省很多，且粉末規(guī)格要求低，而且還具有更高的效率和相對經(jīng)濟的成本。DLP 技術(shù)的不足：加工尺寸受限，主要用于小體積物品的打印。3）DLP?技術(shù)的應(yīng)用
DLP可用于高精度高質(zhì)量陶瓷件的打印，特別適合于制備特征結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁、宏觀多孔陶瓷器件。陶瓷零件增材制造技術(shù)及在航空航天領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，吳甲民、史玉升；陶瓷光固化3D打印技術(shù)研究進展，劉雨?,?陳張偉.
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媒體支持：陶瓷科技視野、艾邦陶瓷展、南極熊3D打印網(wǎng)
序號 | 暫定議題 |
1 | 3D 打印陶瓷的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展 |
2 | 陶瓷?3D 打印技術(shù)及材料研究進展 |
3 | 陶瓷?3D 打印的全新方法 |
4 | 陶瓷激光增材制造技術(shù)研究進展 |
5 | 醫(yī)療領(lǐng)域的 3D?打印陶瓷解決方案 |
6 | 碳化硅陶瓷 3D?打印研究進展 |
7 | 氮化硅陶瓷?3D 打印技術(shù)與應(yīng)用 |
8 | 3D 打印氧化鋯陶瓷及其應(yīng)用 |
9 | 氧化鋁陶瓷增材制造工藝研究進展 |
10 | 多材料高精度陶瓷?3D 打印技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用 |
11 | 3D 打印陶瓷的脫脂與燒結(jié)工藝技術(shù) |
12 | 3D 打印非氧化物陶瓷材料的設(shè)計與制備 |
13 | 氧化鋁陶瓷光固化漿料的制備 |
14 | 增材制造專用高質(zhì)量陶瓷粉末及制備技術(shù) |
15 | 3D 打印多孔陶瓷技術(shù)的研究及應(yīng)用 |
16 | 3D 打印高分辨率陶瓷電路基板 |
17 | 光固化 3D 打印陶瓷技術(shù)及光敏樹脂體系研究 |
18 | 黏結(jié)劑噴射 3D 打印陶瓷關(guān)鍵技術(shù) |
19 | 增材制造壓電陶瓷的研究進展 |
20 | 3D 打印陶瓷部件測試方案 |
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