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Word天!原来陶瓷3D打印如此大有作为!

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Word天!原来陶瓷3D打印如此大有作为!

Word天!原来陶瓷3D打印如此大有作为!

* 来源 : 3D打印世界 * 作者 : admin * 发表时间 : 2016-11-12 * 浏览 : 73

一提到陶瓷

可能大家首先想到的是…

花瓶

花瓶

花瓶

然而,陶瓷还可以运用在

医疗、工业、航空航天等领域

陶瓷和3D打印结合

更是如虎添翼,前途无量

且听3D打印世界大讲坛22期

3DCERAM中国区子公司

武汉三维陶瓷科技有限公司

资深工程师给你娓娓道来


3D打印世界大讲坛
NO.22
精彩回顾


各位朋友,大家晚上好!

我是周飞是法国3DCERAM中国区子公司武汉三维陶瓷科技有限公司工程师。今天十分荣幸能够在这样一个平台与大家进行交流,感谢大家的宝贵时间,同时十分感谢3D打印世界能够提供这样的交流机会。


今天我的演讲题目是:3D打印在技术陶瓷领域的应用。主要从以下四个方面展开:

什么是技术陶瓷

3DCERAM公司在陶瓷3D打印技术及打印材料的研究开发

陶瓷3D打印技术的介绍

陶瓷3D打印在不同市场的应用



什么是技术陶瓷

大家都是3D行业的圈内人士,对于各种3D打印技术都非常熟悉。但是提到陶瓷,大多数同学可能首先想到是瓷器艺术品、家里的碗、碟子等物件,这都没错。陶瓷是一个非常大的名词,包含很多不同种类的材料,简单来说可以分为:日用陶瓷、工艺美术陶瓷、工业陶瓷/技术陶瓷。我们主要想和大家分享的是工业陶瓷也叫作技术陶瓷。


这类材料我们经常在工业生产中使用到,例如:氧化铝(Al2O3)、氧化(ZrO2)、氮化硅(Si3N4)、羟基磷灰石(HAP)等。这些材料相比较普通陶瓷材料来讲,通常都具有一些特殊属性,比如:熔点高、硬度高、强度高、良好的抗化学腐蚀能力或介质介电性能,等等。我们将这些具有特殊性能的一小类陶瓷材料习惯的称为技术陶瓷或工业陶瓷也叫作特种陶瓷,这些陶瓷材料的制备过程较复杂,产品具有较高的技术含量,产品通常也有较高的附加值。

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 3DCERAM在陶瓷3D打印的研究开发

3DCeram公司于2001年成立于法国利摩日。公司自成立起就致力于陶瓷3D打印技术及打印材料的研究开发,经过十多年的努力发展,已经成为陶瓷3D打印领域的专家。2014年向业内推出基于SLA技术的专业工业级陶瓷3D打印机CERAMAKER,以及与之配套的陶瓷打印膏料:开发出的打印材料包括氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、羟基磷灰石(HAP)以及磷酸三钙(TCP)等,已经将陶瓷3D打印技术成功的应用于工业、航空航天、珠宝\奢侈品以及医疗植入物等行业。


 陶瓷3D打印技术

仅就技术陶瓷领域而言,3D打印技术也并不是十分新颖的话题,也有多家公司推出了各自的陶瓷3D打印技术,但是制约陶瓷3D打印应用的最大问题是烧结后的产品密度、强度等力学性能都与理论或者传统制造方式数据相差甚远。3DCeram公司自创立之初就专注于陶瓷3D技术的研发,研发目标是使用3D打印技术制造出真正的可以满足最终需求的技术陶瓷产品,即3D打印制造出的技术陶瓷产品数据指标必须达到甚至超过传统方式。


我们公司选取的技术是以激光固化为基础的快速制造技术。我们自主研发的打印材料是由光敏树脂和陶瓷粉末混合而成的。值得一提的是,3Dceram的陶瓷打印中锆含量最高的已经超过了70%,这一点充分保证了后期产品的性能。激光作用在打印材料上引发内部的焦点作用和固化成型,让后逐层打印成陶瓷零部件,成型后的胚体还要经过热脱脂和高温烧结除去其中的光敏树脂和结合剂,形成相对密度接近100%的高强度陶瓷产品。

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 陶瓷3D打印在不同领域的应用



1、在珠宝首饰领域的应用

基于技术陶瓷熔点高、强度高、硬度高等特点,它被广泛应用于工业、航空航天、珠宝以及医疗植入物等行业。


首先给大家展示的是最吸引人的珠宝奢侈品这块。大家看到图片上的戒指和手表,从材质上来说基本上是一氧化锆陶瓷为主。一氧化锆陶瓷的硬度和密度都非常高,同时还具备金属的韧性,因此受到很多珠宝商的喜爱。同时呢,不同元素的引入使得珠宝的样式更加多样化,比方说图片右下角这款陶瓷和钻石的结合,3D打印让设计师不再受到工艺的限制。

法国很多大牌奢侈品,比方说香奈儿、爱马仕都和3DCERAM有过合作,甚至有些产品已经在小批量生产。

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在珠宝这方面3Dceram可以实现:高精度、多颜色、多质感。大家可以看下图第一个图片展示的戒指上的小花,它的直径不到5毫米,可以做成多种颜色,并且颜色不是后期上色的,而是在打印材料中事先添加,从而充分保证珠宝在佩戴过程中颜色的一致性。

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2、在医疗领域的应用

另一个方面是生物医疗方面的应用。生物医疗一直是3D打印产业发展的主战场也是最具有应用前景的领域之一。医疗的个性化需求和高附加值的特征使得这个领域与3D打印技术完美地契合在一起。


医疗植入物方面的陶瓷产品的特点是,生物相容性和机械性都比较好。从材质方面来说,我们选择的有两种,一种是羟基磷灰石,一种是磷酸三钙TCP。羟基磷灰石它的成分和结构都与人体的骨骼基本一致,所以它的生物活性和相容性都很好,与人体的骨骼能够形成很强的化学结合,是一种非常理想的填充材料。而磷酸三钙它的成分与羟基磷灰石相类似,但是它的钙磷比会更低一些,大概只有1.5,所以被注射到人体之后是一种被降解的生物陶瓷。

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从工艺上来看呢,相对于以前陶瓷材料的消蚀法造孔,3D打印现在已经能够很好地控制陶瓷植入物中孔洞的位置和几何形状。大家看下图ppt里面的这张图片,在同样的一块样品上,它的左半部分是一个致密的结构,我们再看看它的强度对比,3D打印出来的产品比传统工艺的强度要大三到五倍。

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3、在工业方面的应用

第三个应用的方面是在工业方面,下面我列举两个比较典型的例子。首先看左边这张图, 从它的剖面图可以看出它的内部结构是非常复杂的,传统工艺是很难满足的,3D打印很好地解决了这个问题。


图上右边的是一个净化空气的三元催化剂的陶瓷载体,通常批量生产中陶瓷载体是用挤出法成型。但是我们知道在研发的过程中,因为研究人员需要去探寻不同的孔径分布,大家想想,如果每一种新产品或者说每一个研发的产品都要去做一套模具,价格是非常昂贵的,因为像这种设备的模具几个大概都是在几十万。所以3D打印工艺在这种催化剂载体的生产过程中发挥了重要作用,既节省成本又节省时间。

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4、在航空航天领域的应用


航空航天、军工这些其实是常规工业的升级版,因为它的使用环境更加严苛,对于材料的要求也十分高。比如下图这个是用于铸造飞机发动机空心叶片的陶瓷模芯,它的结构复杂,精度要求很高,同时还要承受高达1500度的高温。3D打印很好地解决了至少是成型这方面的问题。

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以上就是我们3DCERAM目前在探究的技术陶瓷应用领域,相信这肯定只是冰山一角,还有更大的空间等着我们大家一起开发。今天鉴于时间关系,有很多内容不能展开详述。希望以后能够有机会与大家继续交流!谢谢大家的时间和关注!