3D陶瓷打印的工艺的特点分析

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  【摘要】3D 打印技术是一种新型的陶瓷成型制造工艺,它无需模具,可快速制备出形状复杂的陶瓷零部件,本文针对3D陶瓷打印技术的类型进行分析,并探讨3D陶瓷打印工艺的特点。
  【关键词】3D陶瓷打印技术;类型;工艺特点
  3D打印即借助3D打印设备,逐层增加材料,制造出三维产品,也被称之为增材制造技术,相比于传统的制造技术,3D打印技术不需要提前制造模具,也不会额外消耗材料,达到了节约材料、结构优化以及节约能源的目的。材料3D打印技术属于我国“2025中国制造”的重点发展内容,与高分子材料3D打印、金属材料3D打印相比,3D陶瓷打印技术还处于初级发展阶段,以下即针对3D陶瓷打印的技术类型与工艺特点进行分析。
  一、3D陶瓷打印技术分析
  3D 打印陶瓷具有成型速度快、可打印复杂部件、个性化产品成本低等优点,可用于制备高精度陶瓷零件、陶瓷插针、电子陶瓷器件、多孔陶瓷过滤件、陶瓷牙齿等尺寸小、形状复杂、
  精度高的产品。目前,3D陶瓷打印技术以其独特的优势吸引了众多科研工作者的极大关注,已成为热点,常见的3D陶瓷打印技术有如下几种类型:
  1、印刷成型
  应用在陶瓷材料中的印刷成型技术即将三维结构分为不同的结构单元,在计算机控制下,在陶瓷粉末上喷射粘结剂,在成型后,即可形成立体构件。就当前来看,以氧化铝、氧化锆、氧化硅等陶瓷粉体为原材料的印刷成型技术已经在市场中得到了推广,该种技术成本低廉,但是强度有限,不适合应用在承重陶瓷器件的制造中。
  2、喷射打印成型
  喷射打印成型技术是3D打印技术与喷墨打印机的结合,与印刷成型技术相比而言,喷射打印成型技术是借助陶瓷墨水,将浆料喷射至特定的载体上,形成陶瓷生坯。从类型上来看,喷射打印成型技术中的喷射模型有按需滴落与连续喷墨两类,可以通过静电、压电式、声学技术来实现。
  3、激光选区烧结成型
  激光选区烧结成型早在1986年就已经诞生,该种技术类似于三维印刷技术,前一层激光扫描粉在完成粘和过程中,新的粉料会添加至其中,形成三维结构,按照上述流程循环往复的扫描、融化、粘贴,得到相应的立体部件。
  4、陶瓷融化沉积成型
  陶瓷融化沉积成型是由石蜡、高分子聚合物融化覆盖的一种制造工艺,于计算机控制下,将材料注入至熔化器,借助于挤出压力,逐层叠加成型,该种技术可以制造出毫米级产品,但是精度不高,选择范围也是有限的。
  5、叠层实体制造技术
  叠层实体制造技术可以借助CAD软件将结构单元离散而出,在碾压作用下,将薄片连接起来,重复粘贴、切割过程,即可得到工件。叠层实体制造技术成型速率高,只需要切割出轮廓外形即可,不需要进行过多的预备处理,适合应用在外形复杂的构件上。
  二、3D陶瓷打印的工艺的特点
  3D陶瓷打印工艺源自于以往的泥条盘筑法与陶轮拉坯工艺,在操作时,机架、底盘不动,三轴连接喷头旋转,与传统工艺相比,3D陶瓷打印的工艺的特点表现在几个方面:
  1、自动化、数据化
  在传统的成型工艺中,是以手工操作为主,由人工按照特定的比例将水、黏土混合起来,再进行分块处理,揉、搓、敲,再进行塑形,整个操作是“人”与“泥”之间的关系。在进入了3D陶瓷打印工艺时代后,这种制作模式出现了变化,呈现出了自动化、数据化的发展趋势,整个操作、处理过程均实现了自动化。以送料为例,将泥料送入挤出机中,搅拌挤出,在操作过程中,送料快慢可以通过气压来进行调节,实现定点送料,完成坯体成型。在具体的造型环节,是借助于数字模型来完成,无论是制造效率,还是质量,都得到了显著的提升。
  2、层次化的纹理线条
  3D陶瓷打印技术能够呈现出层次化的纹理线条,这也是评估陶瓷成品品质的一个重要指标,如果料中配比不均匀,或者含有气泡,都会影响出料速度,继而影响成品的质量。优质的陶瓷工艺成品应该有细密的纹理、循环排列的节奏感,3D陶瓷打印技术的应用丰富了传统陶瓷制品的视觉感受,呈现出多元化的艺术效果。
  3、较强的形体几何机械感
  3D陶瓷打印的成品拥有良好的形体几何机械感,该种工艺是借助NURBS建模成型方式来处理,实现了曲线的旋转、交叉应用,这不仅拓展了陶瓷制作的视野,也为人们提供了更加多元化的视觉体验,能够满足人们社会审美需求的发展。
  4、充盈的内部结构
  除了外部结构之外,3D陶瓷打印还能打印出内部结构,借助3D陶瓷技术,可以在内部的任何方向、点中作画,在内部结构的创新方面,具有显著的优势,也充盈了陶瓷的内部结构,拓展了工艺应用范围。
  结语:
  3D陶瓷打印技术是一种全新的陶瓷艺术形态,相比于传统的陶瓷艺术,具有全新的优势,实现了传统陶瓷文化与3D打印技术之间的有机融合,艺术价值高,这也是对传统陶瓷艺术的传承。就目前来看,3D陶瓷打印技术还处于初级发展阶段,在发展过程中,还存在一些不足之处,业界对3D陶瓷工艺的评价也是褒贬不一,还有待进行深层次的研究与分析。
  参考文献:
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