中國粉體網訊 據最近發表在《先進材料》雜志上的論文，美國東北大學開發出一種可壓鑄成復雜零件的全陶瓷材料——快速熱成型陶瓷。研究人員認為，未來這種全陶瓷材料可用于塑形，貼合到各種電子部件上，這種陶瓷將比目前使用的金屬更薄、更輕、效率更高。
圖片來源：美國東北大學
陶瓷擁有高強、高硬、耐腐蝕等優點，但同時其具有的硬和脆等特征，導致陶瓷成型速度慢、加工成本高、難度大，極大的妨礙了陶瓷材料的發展應用。而快速成型技術的出現，能大幅降低陶瓷產品的生產成本，提高生產效率。
快速成型的工作原理
快速成型技術（即RP）是集CAD技術、數控技術、激光技術和材料技術等現代科技成果。先借助三維CAD，或用實體反求工程采集得到有關原型或零件的幾何形狀、結構和材料的組合信息，從而獲得目標的三維數據模型；然后將計算機內的三維數據模進行分層離散的得到各層截面的輪廓數據；之后將信息輸出到計算機控制的機電集成制造系統。RP技術的各種成型工藝根據各自具體的工藝要求，控制激光器（或噴嘴）有選擇性地燒結薄層的陶瓷粉末，形成一系列具有微小厚度的片狀實體，再采用熔結、聚合、粘結等手段使其逐層堆積成一體。
快速成型的特點
制造復雜零件。RP技術采用逐層堆積制備零件，可以不受零件形狀和結構復雜程度的限制。
凈型成型。RP技術制備的部件需要的后期輔助加工量減小，避免了外協加工的數據泄露和時間跨度，尤其適合一些高保密性的行業。
產品研制周期短。RP技術能使產品設計和模具生產并行，從而縮短產品設計開發的周期，加快產品更新換代的速度，特別適合小批量、復雜、異形產品的直接生產。隨著互聯網的發展，RP技術也更加有利于遠程設計和遠程制造。
應用領域廣泛。RP技術制備的產品是自然無縫連接，結構之間的穩固性和連接強度要遠高于傳統方法，RP技術不僅在制造的原型制造、產品造型與模型設計領域，在醫學和建筑工程領域都有著廣闊的應用前景。
快速成型技術
1、立體光刻成型技術（SLA）
SLA技術目前是世界上研究最深入、技術最成熟、應用最廣泛的一種快速成型方法。其已成功用于復雜結構致密/多孔陶瓷零件的制造，如整體型芯、微電子組件如傳感器和光子晶體、生物醫學人工支架和口腔修復等。
國外在有機前軀體光敏材料體系、光固化掃描方式和脫脂工藝等因素的影響方面取得了一些進展；國內從事SLA技術研究的機構也越來越多，主要研究單位是西安交通大學、深圳大學、廣東工業大學等，在成型機理、漿料組分、控制成型工藝等方開展了大量的工作。
2、分層實體制造技術（LOM）
LOM又被稱為層疊制備技術，能夠將已經成型的陶瓷薄片，通過涂覆熱熔膠等材料進行熱壓輥輪加熱、壓片和粘結的方法，將其與已經成型的工件粘結在一起，利用激光掃描器切割成型，反復操作后，直到所有截面粘結和切割成型，可得到實體零件。
LOM技術是最成熟的RP技術之一，具有制作效率高、速度快、成本低等優點，已廣泛應用于復雜零件制造工作當中。用于LOM技術的陶瓷片材主要采用流延法制作，材質主要有Al2O3、SiC、Si3N4、和BaTiO3等。Klosterman等采用SiC粉體、炭黑、石墨粉末和高分子粘結劑作為原材料，通過流延法制成陶瓷薄片，進一步利用LOM技術，成功制備出防彈衣陶瓷素坯。
3、熔融沉積制造技術（FDM）
FDM技術具有成型系統尺寸小、成型材料廣泛、成型速度快和無環境污染等特點，但其制件表面質量較差。
采用FDM工藝制備陶瓷件的工藝稱為FDC，即將陶瓷粉和有機粘結劑相混合，用擠出機或毛細管流變儀做成絲后用FDM設備做出陶瓷件生胚，通過粘結劑的去除和陶瓷生胚的燒結的得到較高致密性的陶瓷件。
4、激光選區燒結技術（SLS）
SLS技術所用的成型材料均為粉末狀材料，適合SLS的材料必須具有良好的熱塑（固）性、適度的導熱性、較窄的“軟化-固化”溫度范圍，經激光燒結后要有足夠的粘接強度。
一般SLS 制備的陶瓷件胚體密度較低，通過后期浸漬及溫等靜壓工藝可以實現高密度陶瓷胚體的制備，進而燒結過得致密的材料。
5、三維打印技術（3DP）
與SLS 技術不同的是，3DP技術材料粉末不是通過燒結連接起來的，而是通過噴頭用粘結劑將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。
3DP工藝采用了打印技術中的噴墨方法，噴頭不直接接觸粉末表面的情況下，將零件的片層逐層粘接起來，該技術主要可以控制對孔隙率及對孔徑分布的控制。
快速成型技術的應用與發展
RP技術最初主要應用在產品開發中的設計評價和功能試驗上，借此縮短產品的開發周期、降低設計費。近幾年來RP技術在修復醫學上的發展迅速，主要集中在人工假體、人工活性骨及口腔修復等方面。
國外RP技術相對要比較成熟，美國已基本形成產業鏈。而國內發展較落后，還處于向產業化階段邁進的時期。我國的RP技術還存在制造精度差、強度低和價格高等不足之處，另外就是維護費用也較高，這些因素也限制了RP技術的推廣應用。但這并不能遮蓋其快速制造復雜形狀構件的優點，因此，其應用前景相當廣闊。
參考來源：
張曉麗，李楠等：先進陶瓷材料快速成型技術研究進展
左開慧，姚冬旭等：應用于陶瓷材料的快速成型技術的發展
楊飛等人：陶瓷曝光快速成型工藝研究
財聯社：新型陶瓷了解下？有望應用于電子產品 輕薄且散熱更高效
（中國粉體網編輯整理/空青）
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