最突破的列印技術！無支撐陶瓷3D列印

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2023/09/20 最突破的列印技術！無支撐陶瓷3D列印

不需要支撐的3D列印本來就具備一定的難度，你能想像無支撐的陶瓷3D列印如何操作嗎？DiMan為你直擊最新技術，一起認識更高自由度的陶瓷3D列印技術吧！

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無支撐陶瓷3D列印技術的實際應用

技術原理
這種陶瓷3D列印技術結合了DIW和NIR光誘導轉換粒子輔助的光聚合，首先透過壓力擠出陶瓷漿料，然後使用980 nm近紅外雷射立即凝固和固化材料，因此3D列印的陶瓷結構可以在空氣中自由拉伸，可應用於機械、電子、能源、航太和生物醫學等多個領域，更有望製造更多創新且廣泛的應用。

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一擠出即固化的近紅外雷射示意圖

無支撐3D列印的需求
傳統的3D列印技術如數位光處理、立體光刻和黏合劑噴射等，能夠產出高效又高解析度的陶瓷零件，但某些特殊的幾何形狀，如大跨度結構和不規則形狀的零件，在3D列印的過程中往往需要額外的支撐結構。

卸除這些支撐結構有可能引發不同的問題，包括長時間的後處理、高成本、尺寸不精確、外觀表面的品質不佳，對於開放式結構和複雜形狀的特殊設計來說，卸除內部支撐通常是不切實際的。

但是，最新的NIR-DIW技術可以在無需支撐結構的情況下，3D列印多樣的幾何形狀和特別的陶瓷結構。此外，該技術減少後處理的時間，提高生產效率和精度，同時也減少了材料的浪費。

具備不同尺寸的噴頭(0.41、0.60、0.84、1.25、2.45和3.50毫米)，線材在近紅外雷射下進行固化

NIR-DIW 3D列印技術
這個新技術結合了近紅外光誘導的上轉換粒子(UCP)輔助光聚合(UCAP)和DIW，實現按需固化的技術。通過調整光度和速度，980 nm的近紅外雷射在擠壓過程中瞄準陶瓷漿料，幾乎做到瞬間凝固，而3D列印的過程也無需加熱或冷卻，因此表面非常連貫且平滑。

該技術成功令直徑範圍從0.41毫米到3.5毫米的多尺度線材，實現高速3D列印，包括扭簧和懸臂等複雜的陶瓷結構。另外，研究還表明與紫外光相比，近紅外光具有更高的固化深度，僅需3秒曝光，即可達到3.81毫米的深度，非常穩固。

無支撐3D列印的前世今生
其實研究人員並非首次研究無支撐3D列印技術，去年有科學家發佈了一種無需支撐結構的3D列印碳纖維增強複合材料零件，該技術使用專門開發的熱固性樹脂和特殊固化技術，使材料在擠壓時即可固化，無需外部紫外線或紅外線輻射幫助，實現無支撐3D列印。

早在2021年，3D列印軟體開發商Dyndrite便推出一套軟體API，使3D列印機製造商能夠更輕易實現無支撐金屬3D列印等高級功能。該API的原理是以「比最小特徵尺寸更為精細」的解析度，對零件進行分段，從而為零件不同的體積分配獨特的無支撐加工參數。

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