陶瓷光固化3D打印技术研究进展.docx

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摘要：
随着3D打印技术的迅猛发展，越来越多的行业开始采用3D打印技术来制造他们所需的部件和产品，并且随着材料的不断改进，3D打印技术已经开始在制造高强度和复杂性材料的领域上取得了显著的进展。本文主要介绍了陶瓷光固化3D打印技术的研究进展，包括优缺点、打印原理和现有的研究成果。此外，我们还讨论了未来在该领域的发展方向和难点。
关键字：3D打印技术；陶瓷；光固化；打印原理；研究进展
引言：
3D打印技术是一种用于制造复杂物品的新型技术，该技术利用计算机软件和3D打印机将产品分层打印出来。然而，由于3D打印机最初只能使用塑料材料，所以在最初几年中，3D打印技术主要应用于制造普通的艺术品或者展示性产品。但随着技术的进步，3D打印技术已经越来越多的应用到生产制造领域中，其优点在于可以快速制造产品，并且可以制造出很多传统制造方法不能制造的复杂性产品和零件。
然而，目前3D打印市场仅占传统制造市场的3%，其中一部分原因是3D打印技术中使用的材料仍然有限。 陶瓷是一种在传统制造过程中必不可少的材料，但是将科技与陶瓷结合的尝试并不多。幸运的是，陶瓷光固化3D打印技术被越来越多的研究人员和制造商所关注。
本文的主要目的是介绍陶瓷光固化3D打印技术的研究进展，包括其优点和缺点，打印原理以及现有的研究成果。
1. 陶瓷光固化3D打印技术的优点和缺点
优点
1）复杂性
由于3D打印技术可以直接将设计文件转化为实体，因此可以轻松打印出陶瓷复杂的几何形状。这将有助于制造复杂的、高性能的机械零件。
2）生产速度
陶瓷光固化3D打印技术可以快速地制造高品质的陶瓷零件，这种方法将有助于缩短陶瓷零件的生产时间。
3）个性化
陶瓷光固化3D打印技术可以根据个人或企业需求制造一些独特的陶瓷制品，可以大大满足客户不同的需求。
缺点
1）材料选择
目前可以用于陶瓷3D打印的材料种类有限，可靠性和可重复性有待进一步发展。
2）成本
陶瓷光固化3D打印技术的成本较高，因为3D打印机和材料的成本仍然很高。
3）后处理
3D打印过程中所形成的零件表面会产生一定的粗糙度，需要进行后处理才能满足制造要求，这将增加制造成本和时间。
2. 陶瓷光固化3D打印的原理
陶瓷光固化3D打印技术是通过照射紫外线光束在悬浮的陶瓷粉末中形成一层光固化的材料，由此制造出所需的陶瓷零件。常用的技术有数字投影式光固化（DLP）和激光光固化（SLA）。DLP依靠数字投影文件中的光图案将其照射到涂有感光树脂的镜面，硬化首层，而后一层上涂一层，并反复重复此过程，直到所需高度。SLA光束集中在其固定点的位置，将树脂硬化，形成层厚，重复此过程，在涂有高粘度二官能团光敏树脂的托架中逐层形成零件。
图1 陶瓷光固化3D打印工艺流程
陶瓷3D打印的工艺流程在图1中展示。首先，必须选择适当的陶瓷材料和树脂，然后添加颜色和颗粒控制，尤其是在烧结过程中。接下来，按照所需的设计打印出3D模型，通过高压剂去除零件表面残留的粉末。
3. 研究成果
目前，世界上已经有很多研究人员和制造商开始深入了解陶瓷光固化3D打印技术，并且他们已经成功地制造出了各种基于陶瓷材料的复杂零件和产品。下面是一些案例：
GE的3D打印涡轮机叶片
2016年，GE公司成功使用陶瓷3D打印技术制造出世界上第一批3D打印涡轮机叶片，这项技术将大大改善适用于空气动力学的轻质涡轮机部件。
图2 GE的3D打印涡轮机叶片
德国FDM的金属刀具
FDM公司使用陶瓷3D打印技术成功制造出一种能够取代刀具的金属部件，并且这种部件具有较高的耐磨性和长寿命。
图3 德国FDM的金属刀具
博世的高质量陶瓷零件
2018年，博世公司成功使用陶瓷3D打印技术制造出一种新型的陶瓷零件，这种零件由锆酸盐陶瓷制成，具有高强度、低磨损、高硬度和高温稳定性等显著的优势。
图4 博世的高质量陶瓷零件
4. 未来的发展方向和难点
目前，陶瓷光固化3D打印技术还是一个比较新的领域，仍然需要在材料选择、打印速度、成本和后处理方法等方面进行大量的研究和发展。陶瓷3D打印所使用的光固化树脂、填充剂和稳定剂等材料的稳定性和重复性将成为未来的研究重点。此外，在未来的发展中，需要通过技术创新解决目前陶瓷3D打印技术的成本、速度和质量稳定性等问题，从而使此技术能够更加广泛地应用于实际生产中。
结论：
本文主要介绍了陶瓷光固化3D打印技术的优点和缺点、打印原理和现有的研究成果。目前，陶瓷光固化3D打印仍然处于发展的初期阶段，需要进一步的研究和发展，以使该技术更加成熟和人性化。未来，此技术有望成为制造行业的重要分支之一，将有助于推动制造行业的快速发展，为各个领域提供更高效、可靠、环保的零件制造解决方案。