3D列印高級陶瓷，打造成本更低的便捷新技術

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2022/06/22 3D列印高級陶瓷，打造成本更低的便捷新技術

傳統的陶瓷製造通常需要昂貴的模具，最新的3D列印陶瓷技術不僅能降低成本，在製造形狀上也有更大的靈活性，實現傳統陶瓷製造無法達成的工藝效果，那麼陶瓷到底是怎麼3D列印出來的？

陶瓷的優點
高級的陶瓷材料性能優異，具耐高溫、高硬度、化學惰性、比金屬和塑料都有更高的耐磨性，另有與電和熱絕緣的特性，相當適合納入工業設計。陶瓷材料的熱學、電學和生物相容性，可用於汽車行業的各種感測器和機械密封件，醫療行業方面，骨骼植入物和假牙也常用到陶瓷，太空衛星的隔熱罩也是陶瓷的用武之地。

3D列印陶瓷技術原理
陶瓷3D列印可使用多種技術，例如黏合劑噴射、液體墨水列印和雷射燒結，但這些技術都不適合生產高密度的零件，大大限制了應用度，相較之下，光固化是最成熟的陶瓷3D列印技術，可生產出細密的結構零件。

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光固化的陶瓷列印

陶瓷原料的條件
市面上已有各式各樣的陶瓷原料，例如氧化鋁、氧化鋯和羥基磷灰石，但為了開發更優良的原材料，一種適用於桶光聚合的陶瓷懸浮液即將問世。

陶瓷桶光聚合的懸浮液原料是由光敏樹脂、陶瓷粉末和添加劑混合而成的，懸浮液可滿足工藝要求，也就是陶瓷填料的含量夠高，而黏度也適中，然而，要同時滿足這兩個要求是極具挑戰性的，因為固體負載愈高，黏度就愈高，所以陶瓷顆粒要有合適的粒徑和表面積比例，也要選擇有效的分散劑來促進樹脂與陶瓷粉末之間的反應作用。

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正在開發的陶瓷光敏懸浮液

陶瓷3D列印的後處理
陶瓷桶光聚合技術只是一個間接的製造過程，生產出由陶瓷粉末和黏合劑組成的「生」體後，必須經過後處理才能製造出陶瓷零件，而這種後處理是在爐中進行熱處理，與傳統的陶瓷加工設備相似。

首先，黏合劑(樹脂和添加劑)在稱為「脫脂」的過程中，會通過熱能分解並消除，然後進行燒結步驟，主體零件會在沒有完全熔化顆粒的情況下，承受更高的溫度(可能超過1,500°C)，這樣就能提高陶瓷零件的密度。

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箱式爐的後處理，可能超過1,500°C

後處理非常耗時，可能需要幾個小時才能完成，但目前已在進行大量研究來把這樣的過程最佳化。其實後處理的時間也取決於幾個因素，例如零件的幾何形狀、黏合劑的用量、黏合劑的熱分解特性等。

此外，太厚的部分可能會在脫脂的過程中導致裂縫，因為厚度會干擾熱分解的過程。因此，供應商都指定10 mm為最大壁厚。

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由脫脂和燒結組成的後處理過程

代表廠商
位於美國的Tethon 3D，以開發陶瓷3D列印為主，因此成為市場上最具代表性的廠商。除了一般的銷售，Tethon 3D也接受客製研發，更與政府機關、學術研究人員等共同開發多元化的材料，擴大3D列印的使用。

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