隨著“中國制造2025”的快速進展，陶瓷制造產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了深刻的變革，正在向著“智能化，數(shù)字化”的方向進行轉變。經(jīng)過多年的發(fā)展，3D打印技術在陶瓷的生產(chǎn)工藝中扮演了越來越重要的角色，基于各種方案的陶瓷打印技術取得了長足的進步。

3D打印陶瓷樣件，圖片來自：昆山博力邁

但是由于陶瓷材料的特殊性，在3D打印的過程中不能像金屬一樣直接進行燒結，一般的制造過程都是3D打印成型，后處理脫脂、燒結等形式完成。本文針對陶瓷3D打印的后處理市場現(xiàn)狀進行了羅列及簡單的分析。

陶瓷后處理現(xiàn)狀

隨著材料技術，計算機輔助設計(CAD），計算機輔助制造（CAM）等應用技術的快速發(fā)展，陶瓷的3D打印技術取得了長足的進步。但基于陶瓷材料的特殊性，以當前的科技手段，無論是以DLP，SLA或其它各種方式制造的陶瓷件應定義為“陶瓷坯體”，陶瓷3D打印技術在陶瓷工藝流程中事實上取代了傳統(tǒng)的“成型工藝”，在“成型工藝”之后，仍然需要“脫脂”，“燒結”等工藝流程。只有在“燒結工藝”完成之后，陶瓷粉末顆粒才能致密化，達到設計需求。

在目前陶瓷3D打印工藝中，光敏樹脂作為固化媒介添加到陶瓷漿料中，經(jīng)過特定波長及功率的激光照射而固化，從而實現(xiàn)陶瓷的3D打?。ǔ尚停┕に?。以目前典型氧化鋁打印材料為例，其參數(shù)表如下：

主要性能參數(shù)表

由此可見，作為添加劑的光敏樹脂在整個打印材料中質(zhì)量占比達到了25%以上，體積占比達到了約45~50%。經(jīng)過測試，3D打印的陶瓷件其收縮率一般約為20%或更高。而以傳統(tǒng)成型工藝如注射成型、壓制等成型后質(zhì)量比一般約為3%，其收縮率一般約為10%（以氧化鋁為例）。過高的收縮率使得對于陶瓷成本的尺寸控制、表征等提出了更高的要求。因此，在3D打印的陶瓷制品后處理工藝上，也需要做出相應的改變。

目前，由于陶瓷3D打印技術仍處于研發(fā)、小規(guī)模試產(chǎn)以及特殊行業(yè)應用等方面，并沒有大規(guī)模的生產(chǎn)情況。因此，陶瓷3D打印機的終端用戶一般都會配套實驗性質(zhì)的小型電加熱爐作為陶瓷后處理熱工設備。

這些設備大多以傳統(tǒng)陶瓷制備工藝而設計制造，結構簡單，并不具備數(shù)據(jù)的收集分析能力；且大多數(shù)后工序的實施人員其專業(yè)主要集中于材料研發(fā)等方面，對于陶瓷3D打印技術，陶瓷燒結技術等并不精通。

以目前市場反饋的情況來看，陶瓷3D的打印的“木桶效應”卡在了后處理工藝上，伴隨著高添加劑的使用，超大的收縮率直接導致了如開裂，結構強度不均，變色等等后處理問題上，這導致了陶瓷3D打印技術遲遲不能進入大批量產(chǎn)環(huán)節(jié)。

由此可見，惰性氣氛保護燒結在陶瓷3D打印后處理工藝中的重要性。經(jīng)過測試，我們發(fā)現(xiàn)如果使用傳統(tǒng)燒結工藝對陶瓷3D打印件進行燒結，無論升溫速度多慢，制品均會產(chǎn)生或多或少的龜裂紋，電鏡下可觀察到貫穿全體的裂紋。

在使用惰性氣體保護后，目前可控的升溫速度在約0.8~1度每分鐘，并且需要使用空氣/惰性氣氛。在后期，將會逐步提高整體燒結速度，并使用一體化的脫脂、燒結氣氛爐作為陶瓷3D打印件的專用生產(chǎn)設備，以最大限度縮短工藝時間，降低操作復雜度。

針對現(xiàn)狀的計劃

針對目前陶瓷3D打印后處理市場的情況，建立一個集專用于高脂含量陶瓷生坯的脫脂、燒結、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析、檢測為一體的實驗室，為陶瓷3D打印的終端客戶及材料開發(fā)人員提供打印后處理服務，推進陶瓷3D打印的量產(chǎn)進程的實現(xiàn)。

在后處理工序中，有機脂的袪除顯得尤為的重要，脫脂不全將直接導致產(chǎn)品開裂，染色、強度受損等問題，對此將使用具備真空能力的脫脂設備將傳統(tǒng)脫脂工藝中有機物的氧化反應更改為熱裂解反應，使用惰性氣體在脫脂過程中在腔室形成保護氣氛。

并且采用檢測設備對溫度、壓力、氧含量等實時監(jiān)測，最終形成分析報告，以固定同類型產(chǎn)品的脫脂工藝。一體化脫脂、燒結工藝，表面研磨，工藝驗證等服務將同步展開。

來源：四川省增材制造技術協(xié)會

隨著“中國制造2025”的快速進展，陶瓷制造產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了深刻的變革，正在向著“智能化，數(shù)字化”的方向進行轉變。經(jīng)過多年的發(fā)展，3D打印技術在陶瓷的生產(chǎn)工藝中扮演了越來越重要的角色，基于各種方案的陶瓷打印技術取得了長足的進步。

3D打印陶瓷樣件，圖片來自：昆山博力邁

但是由于陶瓷材料的特殊性，在3D打印的過程中不能像金屬一樣直接進行燒結，一般的制造過程都是3D打印成型，后處理脫脂、燒結等形式完成。本文針對陶瓷3D打印的后處理市場現(xiàn)狀進行了羅列及簡單的分析。

陶瓷后處理現(xiàn)狀

隨著材料技術，計算機輔助設計(CAD），計算機輔助制造（CAM）等應用技術的快速發(fā)展，陶瓷的3D打印技術取得了長足的進步。但基于陶瓷材料的特殊性，以當前的科技手段，無論是以DLP，SLA或其它各種方式制造的陶瓷件應定義為“陶瓷坯體”，陶瓷3D打印技術在陶瓷工藝流程中事實上取代了傳統(tǒng)的“成型工藝”，在“成型工藝”之后，仍然需要“脫脂”，“燒結”等工藝流程。只有在“燒結工藝”完成之后，陶瓷粉末顆粒才能致密化，達到設計需求。

在目前陶瓷3D打印工藝中，光敏樹脂作為固化媒介添加到陶瓷漿料中，經(jīng)過特定波長及功率的激光照射而固化，從而實現(xiàn)陶瓷的3D打?。ǔ尚停┕に?。以目前典型氧化鋁打印材料為例，其參數(shù)表如下：

主要性能參數(shù)表

由此可見，作為添加劑的光敏樹脂在整個打印材料中質(zhì)量占比達到了25%以上，體積占比達到了約45~50%。經(jīng)過測試，3D打印的陶瓷件其收縮率一般約為20%或更高。而以傳統(tǒng)成型工藝如注射成型、壓制等成型后質(zhì)量比一般約為3%，其收縮率一般約為10%（以氧化鋁為例）。過高的收縮率使得對于陶瓷成本的尺寸控制、表征等提出了更高的要求。因此，在3D打印的陶瓷制品后處理工藝上，也需要做出相應的改變。

目前，由于陶瓷3D打印技術仍處于研發(fā)、小規(guī)模試產(chǎn)以及特殊行業(yè)應用等方面，并沒有大規(guī)模的生產(chǎn)情況。因此，陶瓷3D打印機的終端用戶一般都會配套實驗性質(zhì)的小型電加熱爐作為陶瓷后處理熱工設備。

這些設備大多以傳統(tǒng)陶瓷制備工藝而設計制造，結構簡單，并不具備數(shù)據(jù)的收集分析能力；且大多數(shù)后工序的實施人員其專業(yè)主要集中于材料研發(fā)等方面，對于陶瓷3D打印技術，陶瓷燒結技術等并不精通。

以目前市場反饋的情況來看，陶瓷3D的打印的“木桶效應”卡在了后處理工藝上，伴隨著高添加劑的使用，超大的收縮率直接導致了如開裂，結構強度不均，變色等等后處理問題上，這導致了陶瓷3D打印技術遲遲不能進入大批量產(chǎn)環(huán)節(jié)。

由此可見，惰性氣氛保護燒結在陶瓷3D打印后處理工藝中的重要性。經(jīng)過測試，我們發(fā)現(xiàn)如果使用傳統(tǒng)燒結工藝對陶瓷3D打印件進行燒結，無論升溫速度多慢，制品均會產(chǎn)生或多或少的龜裂紋，電鏡下可觀察到貫穿全體的裂紋。

在使用惰性氣體保護后，目前可控的升溫速度在約0.8~1度每分鐘，并且需要使用空氣/惰性氣氛。在后期，將會逐步提高整體燒結速度，并使用一體化的脫脂、燒結氣氛爐作為陶瓷3D打印件的專用生產(chǎn)設備，以最大限度縮短工藝時間，降低操作復雜度。

針對現(xiàn)狀的計劃

針對目前陶瓷3D打印后處理市場的情況，建立一個集專用于高脂含量陶瓷生坯的脫脂、燒結、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析、檢測為一體的實驗室，為陶瓷3D打印的終端客戶及材料開發(fā)人員提供打印后處理服務，推進陶瓷3D打印的量產(chǎn)進程的實現(xiàn)。

在后處理工序中，有機脂的袪除顯得尤為的重要，脫脂不全將直接導致產(chǎn)品開裂，染色、強度受損等問題，對此將使用具備真空能力的脫脂設備將傳統(tǒng)脫脂工藝中有機物的氧化反應更改為熱裂解反應，使用惰性氣體在脫脂過程中在腔室形成保護氣氛。

并且采用檢測設備對溫度、壓力、氧含量等實時監(jiān)測，最終形成分析報告，以固定同類型產(chǎn)品的脫脂工藝。一體化脫脂、燒結工藝，表面研磨，工藝驗證等服務將同步展開。

來源：四川省增材制造技術協(xié)會