先进陶瓷知识问答：陶瓷材料3D打印到底有什么难点？铁电陶瓷的性能用哪些参数表征?

3D打印技术也被称为增材制造（Additive Manufacturing，AM）或快速成型技术（Rapid Protoyping，RP），是一种通过数字技术材料打印机，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等具有粘性的粘合材料，最后逐层打印或分层打印的方式将3D模型固化粘合来构造物体的技术。

传统的陶瓷成型方法包括干法成型、塑性成型和注浆成型等在内，都需要借助事先制好的模具才能制备出具有一定形状和强度的陶瓷制品，流程耗时长、成本高。而相比于传统的制造技术，3D打印技术具有高效率、制造快、无模化、可复杂化等优势，而陶瓷制品需经过原料粉体的处理、坯体制备成型、固体制品烧结和最终加工处理四个主要环节，其中属制品成型这一步过程耗时最长且造价最贵。为了使先进陶瓷生产厂家在生产过程中实现节约制备原材料、缩短产品加工周期、降低制造成本、制品量产化等问题，依托于3D打印的无模陶瓷成型制造技术应运而生。

实现陶瓷材料3D打印技术需要依靠两个系统，一是计算机软件系统，即用来进行结构和图形的设计，并将其转换成通用的代码语言；二是接收指令的运作系统，即用来输出打印最终的成品。

基本过程大致为：

①建立三维CAD模型（computer aided design，计算机辅助设计）。
②基于离散一叠加原理将其切片获取许多分离的平面。
③传递至成型系统。
④利用CAM（computer aided manufacturing，计算机辅助制造）逐层打印出完整的零部件原型体。

现实中并非所有被设计出来的3D模型都能够被成功的打印出来，因为陶瓷3D打印成型技术有别于传统的3D打印技术，所以陶瓷3D模型的建立根据实际样本的要求要不断优化。

陶瓷3D打印的难点

3D打印的研究热点目前主要集中在材料和设备，以工程塑料、光敏树脂等为代表的有机高分子材料和以铝合金、铜合金、钛合金、不锈钢等为代表的金属材料的3D打印已经获得较大进展。从3D打印技术的工作原理可以看出，其成型粉末需要具备材料成型好、粉末粒度小、不易团聚、流动性好、干燥硬化快等优点，而陶瓷材料由于自身特性（脆、熔点高）在3D打印方面还有许多需要克服的难点，目前3D打印的陶瓷材料主要包括硅酸铝、氧化铝、氧化锆和磷酸钙等，通常把陶瓷粉末和光敏树脂（黏结剂粉末）混合制成可供3D打印的原料。3D打印陶瓷存在以下需要克服的难点：

1. 陶瓷粉末和黏结剂粉末的配比会影响陶瓷零件的性能。黏结剂含量越多，固化比较容易，但在后期处理中零部件收缩比较大，影响零件的尺寸精度。

2. 材料特性：与金属或塑料不同，陶瓷材料的熔融和凝固过程复杂，需要精确控制温度和冷却过程，以确保打印件能够正确形成并保持结构稳定性。陶瓷材料通常具有高熔点、脆性和易碎性等特性，这给其3D打印带来了一定的困难。

3. 成型方法：陶瓷材料的3D打印通常采用多种成型方法，如粉末烧结、光固化和喷墨等。每种方法都有其独特的优势和限制。例如，粉末烧结需要高温处理和后续烧结步骤，而光固化则需要适当的光源和光敏材料。选择适合的成型方法需要考虑材料的特性、打印精度要求和工艺复杂性等因素。

4. 打印精度和表面质量：陶瓷材料的3D打印通常要求高精度和良好的表面质量。由于陶瓷材料的脆性，打印过程中的细小变形或应力集中可能导致打印件出现裂纹或破损。因此，需要精确控制打印参数、优化支撑结构，甚至进行后处理（如烧结或热处理）以提高打印件的密实性和强度。

5. 设备要求：陶瓷材料的3D打印通常需要特殊的设备和工艺条件。高温环境、精确的温度控制、适当的喷嘴或光源等都可能需要特殊设计和定制。这些设备和条件的要求增加了陶瓷3D打印的复杂性和成本。

打印机产品视频演示：

6. 材料选择和开发：相对于金属和塑料，陶瓷材料的3D打印可用性更为有限。虽然有一些商业化的陶瓷打印材料可用，但与传统的陶瓷制造工艺相比，可选择的材料种类较少。此外，开发新的陶瓷打印材料需要克服多个技术和经济挑战，如材料稳定性、成本效益和市场需求等。

视频演示《3D打印机的陶瓷零件打样与开发》

Q from @通天晓

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