在眾多陶瓷材料的增材制造技術中，陶瓷光固化技術因具有理想的成形質量而受到廣泛關注和重視。陶瓷光固化技術采用光敏陶瓷漿料或膏體為原料，利用特定波長的光源控制其逐層固化。與其他方法相比，基于光敏聚合原理的陶瓷光固化 3D 打印成型工藝具有成型精度高、樣件表面質量好等特點，因而具有廣泛的應用前景。長按下方二維碼，關注公眾號，通過底部菜單“微信群”即可加入陶瓷3D打印交流群：

陶瓷光固化 3D 打印由漿料制備、光固化成形、坯體熱脫脂和燒結四個步驟組成：

圖  陶瓷光固化 3D 打印流程

（1）漿料制備

漿料制備的過程是將陶瓷粉末、分散劑添加到液態光敏材料中進行充分攪拌混合，得到陶瓷漿料。

圖  陶瓷光固化漿料制備工藝流程

由于后續坯體脫脂和燒結需求成形零件內含有較高的陶瓷固含量，因此配制的漿料需要具有盡可能高的固含量。但在成形過程中，漿料中過高的陶瓷固含量會導致入射的曝光光線在陶瓷顆粒間發生散射和吸收，因此在提高陶瓷固含量的同時，還要求漿料具備光固化的可成形能力。

陶瓷漿料的制備和性能是良好打印效果的關鍵前提。陶瓷漿料應具有適當的流變特性，包括合適的黏度和長久的分散穩定性。陶瓷顆粒必須均勻有效地分散在光敏溶液中，良好的陶瓷漿料還應在打印過程中保持合適的黏度以保證流動性，并在合理的時間內(如數小時至數天)保持穩定而不產生明顯的顆粒沉淀。快速沉淀的不穩定漿料會導致打印件材料和性能不均勻。

（2）光固化成形

根據配制得到的陶瓷漿料流變性能，改進設計光固化成形機構，并進行曝光參成形試驗，通過調整每層曝光時長和曝光光強，找到最適合的成形參數，成形得到陶瓷坯體。

而由于光敏材料中分散有較高含量的陶瓷顆粒，導致入射曝光過程中入射光線在陶瓷粉末顆粒間的散射和吸收作用明顯加強，使得每層的光線穿透深度不夠，導致成形失敗，散射作用的提高，也使得成形精度下降。因此光固化成形工藝參數的優化程度決定了最終陶瓷零件的精度。

（3）坯體熱脫脂

在光固化成形得到的陶瓷坯體零件內部，陶瓷顆粒由固化的光敏材料粘結在一起，為了得到純的陶瓷零件，需要通過加熱的方式將坯體中的有機物粘接劑去除，這一步驟稱為脫脂，脫脂結束后得到的松散易碎的純陶瓷零件稱為陶瓷素坯。

圖 熱脫脂過程（a）（b）初期，（c）中期，（d）后期

陶瓷生坯的熱脫脂屬于非穩態傳質和傳熱過程，受熱產生的液相有機粘結劑以及小分子有機物揮發產生的氣相產物在空間上的分布隨時間進行變化。根據坯體內空間結構的變化可以把熱脫脂過程劃分為三個階段：

• 脫脂初期，陶瓷坯體內仍充滿著有機粘結劑，坯體表面由于低溫小分子有機物的揮發而變得“粗糙”，如圖(a)(b) 所示；
• 脫脂中期，氣/液界面的孔道由坯體表面向內部深入，在坯體中逐漸形成貫通的氣孔，如圖 (c)所示；

• 脫脂后期，陶瓷生坯因有機物的相繼排除而具有了連通的氣孔結構，并且在相對較高的溫度下將殘余的有機物排除殆盡，形成結合力較弱的陶瓷顆粒坯體，如圖(d)所示。

由于應用于光固化成形的陶瓷漿料固含量通常低于傳統注射成形漿料的固含量，這就給脫脂過程帶來了困難：

②脫脂過程中過快的升溫速率和不適當的保溫階段的設置會導致零件內部有機物發生劇烈分解，產生大于零件自身結構強度的內部應力，從而使得零件產生裂紋、鼓包和層間剝離等缺陷，極大地影響最終燒結零件的強度。

（4）燒結

燒結是通過將零件加熱到一定溫度并進行一段時間保溫，使得零件結晶致密化。顆粒間由點接觸狀態逐漸形成燒結頸并慢慢擴張成為晶界，伴隨著微觀上的致密與宏觀上的尺寸收縮，顆粒的表面能轉換成晶界能的過程。

燒結作為增材制造的最后一個階段，也是零件性能提升的階段，在此過程中，零件會出現體積收縮，密度增加，硬度增加等。過高的燒結溫度或過長的燒結時長會導致晶粒增長速度過快，使得內部空隙難以消除，無法實現致密化；過低的燒結溫度或過短的燒結時長會導致晶界難以形成，同樣也無法實現致密化。因此燒結工藝路線的選擇影響了陶瓷件的致密化程度和收縮變形，從而影響陶瓷零件的強度和精度。

2024年6月21日

深圳·深圳觀瀾格蘭云天國際酒店

主辦單位：艾邦智造

媒體支持：陶瓷科技視野、艾邦陶瓷展、南極熊3D打印網

或者復制網址到瀏覽器后，微信注冊報名：

https://www.aibang360.com/m/100191

點擊閱讀原文，即可在線報名！

原文始發于微信公眾號（陶瓷科技視野）：陶瓷光固化3D打印工藝流程