众所周知,陶瓷材料有多种制造方法,包括粉末注射成型(PIM)和3D打印。虽然陶瓷材料用于3D打印没多久,但它已经追赶上在过去几年中的各种应用,如艺术和电子产品到军事、航空航天和医疗等。

立体光刻(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、直接陶瓷喷墨打印和熔丝制造(FFF)是最常见的基于挤出方式的3D打印方法,这些方式全部适用于陶瓷3D打印。然而,FFF最常用的材料是热塑性塑料,研究人员尝试通过添加少量不同的粉末或纤维材料,甚至陶瓷材料来改变甚至改善该材料的性质。

研究人员开发出适用于FDM 3D打印机的陶瓷复合材料和工艺链-复合材料网

(a)Al2O3的SEM图像; (b)原料组合物的示意图

据3D虎了解,来自卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)和弗莱堡大学的一组研究人员开发了一种新型陶瓷复合材料的工艺,这种工艺使陶瓷3D打印更加经济高效。最近他们还发表了一篇题为“ 小型陶瓷元件的熔融长丝制造 ”的论文(点击出处查看)。

通过用高固体陶瓷粉末填充热塑性塑料,可以通过3D打印脱粘和烧结成致密陶瓷部件的物体。研究人员开发出了一个完整工艺链,并详细介绍了如何通过廉价的FFF 3D打印机使用亚微米级氧化铝(Al 2 O 3,TM-DAR)作为陶瓷粉末制造小型陶瓷元件。

研究人员开发出适用于FDM 3D打印机的陶瓷复合材料和工艺链-复合材料网

(a)长丝挤出机,(b)改进的熔丝制造(FFF)打印机头

用单螺杆挤出机制作陶瓷材料,并通过略微改进的德国RepRap X350pro台式FFF 3D打印机进行打印。

研究人员开发出适用于FDM 3D打印机的陶瓷复合材料和工艺链-复合材料网

(a)材料直径随固体含量的变化 (b)用不同喷嘴尺寸打印的开放式测试结构

材料直径必须在非常小的公差范围内,才能获得较好的3D打印效果。

据研究报告称,氧化铝固体含量在50%(体积)左右的材料能表现出良好的3D打印性能,而含有55%(体积)固体含量的材料则需要以400μm的喷嘴尺寸进行打印才能有良好的3D打印性能。填充量达60 vol%的材料因为粘度太高必须手动挤出。

“我们开发了一种高度填充的材料,并引入了一个完整的工艺链,通过FFF印打印陶瓷元件。”研究人员写道。

研究人员表示,由于他们的工艺链不需要其他任何工具,对于制造原型和小型陶瓷物体来说是一种十分有前景的方法。