陶瓷增材制造迎多重突破:折纸结构增韧性、深色材料可打印、脱脂效率提升3500倍
德克萨斯大学休斯顿分校的研究团队今年春季宣布开发出一种新型3D打印陶瓷结构,能在压力下弯曲而不断裂。通过借鉴日本折纸艺术中的Miura-ori折叠结构,并结合软聚合物涂层,研究人员有效缓解了陶瓷材料的脆性问题。


由Maksud Rahman博士和Md Shajedul Hoque Thakur领导的团队采用基于SLA的陶瓷AM工艺和硅基材料,制作了厚度为2毫米的折叠结构。烧结后涂覆生物相容聚合物,显著提升了陶瓷在静态和循环压缩测试中的韧性。
该技术有望拓展陶瓷AM在医疗、航空航天和机器人等领域的应用,满足这些行业对生物相容性、轻量化和高强度的需求。
普渡应用研究所(PARI)的团队则专注于开发可用于高超声速飞行的深色陶瓷部件3D打印工艺。这类陶瓷需耐受极端大气条件,但深色材料在打印过程中会吸收紫外光,影响固化效果。
在Rodney Trice教授指导下,研究人员采用DLP技术,通过调整树脂性能及表面处理方式优化深色陶瓷的打印过程。博士候选人Matthew Thompson表示,团队已成功打印出尖锥和半球等复杂形状,为高超声速飞行器部件制造提供了新策略。
2025年初,德克萨斯大学达拉斯分校团队推出超快速热脱脂(UFTD)技术,将陶瓷生坯的粘结剂去除时间从传统的20-100小时缩短至30分钟。
该工艺采用真空热解和多孔石墨毡快速加热,能耗比标准方法低3500倍,并显著减少内部应力和材料浪费。Tethon 3D公司首席执行官Trent Allen指出,这一技术尤其适用于牙科行业,可大幅提升陶瓷牙冠等产品的后处理效率。
此外,劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的Natalie Yaw正在研究一种称为氢注入增材制造(HIAM)的新工艺。该技术使用注入含水金属阳离子的水凝胶,通过煅烧转化为金属氧化物陶瓷部件,避免了传统陶瓷浆料或粉末的使用。
Yaw发现水凝胶配方和金属盐类型会影响最终陶瓷的孔隙率和形态,优化前体原料后可制造出高质量致密陶瓷部件。这一方法为陶瓷AM提供了全新的材料转化路径。
以上进展表明,陶瓷增材制造在材料韧性、极端环境适应性、后处理效率及工艺创新等方面均取得显著突破,为高端制造业带来新的技术选择和商业机遇。


京公网安备11010802046387号