陶瓷材料具有高強度、耐磨損、耐腐蝕和耐高溫等特點，在航空航天、生物醫療和電子信息等領域具有良好的應用前景，然而，如何制造復雜形狀陶瓷零件成為了一個重要的問題。目前，增材制造正逐步成為解決復雜形狀陶瓷零件制造問題的有效方式。

圖 陶瓷3D打印技術種類

目前，主流的陶瓷增材制造技術有激光選區燒結(selective laser sintering,SLS)、激光選區熔化(selective laser melting，SLM)、三維噴印(three-dimensional printing,3DP)、熔融沉積制造(fused deposition modeling,FDM)、分層實體制造(laminated object manufacturing,LOM)、立體光固化(stereolithography,SL)、數字光處理(digital light processing,DLP)和直寫成形(direct ink writing，DIW)等。作為一種先進的制造技術，陶瓷增材制造在高性能陶瓷制造領域具有廣闊的應用前景。

根據陶瓷增材制造專用陶瓷材料形態的不同，增材制造專用陶瓷材料有粉材、絲材、片材和漿料/膏材等。通過不同的處理方式將陶瓷粉體制備成增材制造能夠直接使用的材料形態。

1、增材制造專用陶瓷粉材

目前，將陶瓷粉體作為原料的增材制造技術主要包括SLS、SLM 和間接(粘結)3DP等。

1）SLS專用陶瓷材料

一般來說，用于SLS成形的陶瓷材料是通過在陶瓷粉體中加入低熔點粘結劑制備而成，其中低熔點粘結劑的作用是將分散的陶瓷粉體粘結起來以成形陶瓷坯體。在制備SLS專用陶瓷粉體過程中，為了保證陶瓷粉體與低熔點粘結劑能夠混合均勻，目前主要采用機械混合法、溶劑蒸發法和溶解沉淀法等制粉方法，其中機械混合法是將不同原料粉末混合成相對均勻的粉體，而溶劑蒸發法和溶解沉淀法是將原材料制備成覆膜陶瓷粉體。與機械混合法制備的陶瓷粉體相比，采用溶劑蒸發法和溶解沉淀法制備的陶瓷粉體中的粘結劑等分散更加均勻。

SLS成形用陶瓷粉體材料主要有：Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、TiC、高嶺土、堇青石和樹脂砂等。

SLS技術中通常采用的粘結劑主要包括：

有機粘結劑：環氧樹脂、尼龍等；

無機粘結劑：NH4H2PO4、B2O3等；

金屬粘結劑：Al粉等。

2）SLM專用陶瓷材料

相較于SLS，SLM成形不需要向粉體原材料中添加粘結劑，而是通過粉體自身的熔化來實現成形。SLM技術具有急冷急熱的特點，再加上陶瓷材料熔點高、硬度高、韌性差的特性，使得陶瓷零件的SLM成形極為困難。

圖 陶瓷材料+SLM打印陶瓷部件，來源：佳能

常用于SLM成形的陶瓷材料包括：Al2O3、ZrO2和莫來石等，其中分別以Al2O3、ZrO2及兩者的混合物作為陶瓷粉體材料進行SLM成形的研究最多。

3）間接(粘結)3DP專用陶瓷材料

與SLS和SLM相似，間接(粘結)3DP也要求陶瓷粉本有合適的粒徑和較高的球形度，以便于打印時的鋪粉。份末的優劣決定了成形件的質量，為了改善粉末的鋪粉和零件成形效果，可以向陶瓷粉體中加入合適的添加劑。

2、增材制造專用陶瓷絲材

McNulty等提出將FDM成形的概念應用于陶瓷零件制造并開展了相關研究，他們將該技術稱為陶瓷熔融沉積制造(fused deposition of ceramics,FDC)技術。FDC 技術使用陶瓷絲材作為打印材料，陶瓷絲材由陶瓷粉體和熱塑性聚合物混合制備，FDC設備工作時，陶瓷絲材受熱獲得一定的流動性，通過計算機控制，成形出預定的陶瓷素坯。

圖 SiC陶瓷絲材及其部件，來源：Nanovia

3、增材制造專用陶瓷片材

使用陶瓷片材作為打印材料的增材制造技術主要為LOM。應用LOM 技術制造工程陶瓷零件，首先要將陶瓷材料制備成陶瓷片材，然后再加工成形為復雜陶瓷零件素坯，后續經過脫脂、燒結便可得到復雜陶瓷零件。

圖 LOM流延陶瓷片材，來源：DOI:10.3390/ma16155246

目前，制備LOM技術所用陶瓷片材的主要方法是流延法，可用于LOM 成形的陶瓷材料種類主要包括Al2O3、SiC、Si3N4和 BaTiO3等。陶瓷素坯片材的質量決定著最終產品的質量。

4、增材制造專用陶瓷漿料/膏材

使用陶瓷漿料/膏材作為打印材料的增材制造技術包括SL、DLP、DIW和直接(噴墨)3DP等。漿料/膏材均可用于SL、DLP和DIW成形，但直接(噴墨)3DP只能使用漿料作為成形材料。

圖 氧化物陶瓷漿料，來源：奇遇科技

SL和DLP成形技術制備的陶瓷零件具有精度高、表面質量好和力學性能優異的優點，同時該技術也是目前增材制造行業發展較為迅速的技術。與通過SL和DLP技術成形的零件相比，通過DIW和直接(噴墨)3DP技術成形的零件精度稍差。

陶瓷材料的光固化一般是以光敏樹脂作為載體，通過加入陶瓷粉體，可獲得用于成形的陶瓷光敏漿料/膏材。

常用于SL和DLP成形的陶瓷材料包括ZrO2、Al2O3、SiO2、羥基磷灰石、鋯鈦酸和鉛磷酸鈣等。

來源：何俊宏,吳甲民,陳安南,等.增材制造專用陶瓷材料及其成形技術[J].中國材料進展,2020,39(05):337-348+363.

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