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[资讯] 陶瓷3D打印在高附加值部件制造领域占一席之地

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六级士官

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发表于 2019-9-18 15:02:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
SmarTech近日发布了陶瓷增材制造市场的报告,报告预测陶瓷增材制造材料市场收入2020年超过2000万美元,2029年将超过4.5亿美元。
虽然陶瓷3D打印在中短期内仍是一个较小的细分市场,但经过过去几年发展,陶瓷3D打印技术已能实现多种工程陶瓷、先进陶瓷材料的增材制造。借助3D打印技术在实现复杂结构方面的优势,陶瓷3D打印将在陶瓷工业零部件制造领域占据一席之地。
高附加值产品推动市场增长
报告显示陶瓷增材制造的应用将在2025年之后经历一个增长拐点。主要原因是,陶瓷增材制造3D打印技术将逐渐成熟,市场上存在足够支撑这一技术应用发展的生产需求。SmarTech认为陶瓷增材制造是一个长尾市场,提供3D打印陶瓷技术的企业,将通过为众多用户提供少量传统工艺难制造的产品来实现利润。
尽管陶瓷3D打印将迎来增长,但这一技术的发展中仍存在许多挑战,最大挑战仍是如何培育市场对这一技术的需求。许多生产陶瓷部件的企业,尤其是制造先进陶瓷部件的企业,都可以从增材制造设计的高附加值陶瓷部件中获益。因此培养企业增材制造思维,开发真正高价值的3D打印陶瓷部件,这一挑战恰好是3D打印陶瓷企业的机会。
报告涉及到目前市场上三类主要陶瓷3D打印技术,即: 液态材料陶瓷-光聚合物复合浆料,用于光聚合3D打印技术(SLA 或DLP);陶瓷粉末材料,通常用于粘结剂喷射(3DP)或粉末床烧结(SLS)3D打印技术;长丝、颗粒状材料或浆料,通常用于挤出沉积3D打印技术(如熔融沉积技术FDM)。
1.光聚合3D打印工艺
聚合3D打印工艺是用于加工先进陶瓷材料的相对成熟的3D打印技术。
美国HRL实验室在2016年开发了一种用于光固化3D打印的陶瓷"先驱体转化聚合物"材料,通过这些聚合物制造的陶瓷均匀收缩,几乎没有孔隙度。并且可以形成晶格和蜂窝状材料,不但形状复杂,并且还表现高的强度,这种密度泡沫陶瓷可以在推进零部件、 热防护系统、 多孔燃烧器、 微机电系统和电子设备获得应用。如使用在高超声速飞行器和喷气发动机中,这种陶瓷可以帮助设计者制造能抵御起飞过程中所排出的废气引起的加热和高温度的小零件。
目前国内也涌现出一批基于光聚合3D打印的陶瓷增材制造企业,比如浙江迅实科技。公司在DLP技术上的陶瓷3D打印已相对成熟。迅实科技生产的Cera Ray高固含量陶瓷3D打印机和CeraRay桌面级陶瓷3D打印机都可以实现复杂结构快速成型。打印速度快,精度高,和许多有名的陶瓷生产公司有合作。




2.粘结剂喷射工艺
粘结剂喷射工艺陶瓷制造技术正在不断发展,可用于先进陶瓷及传统陶瓷材料的制造。粘合剂喷射3D打印被证明适合陶瓷材料的制造,该技术具有可以生产多孔产品,材料选择灵活,尺寸限制不高,速度快、更容易实现规模化生产的优势。
3.材料挤出沉积工艺
基于材料挤出沉积的3D打印技术也可用于陶瓷材料增材制造,但这类技术存在精度低、表面粗糙度大的问题,以及难以进行层间控制的难点。
根据3D科学谷的市场研究,美国大型国防合约商雷神公司(Raytheon Company)对FDM 陶瓷3D打印技术进行了尝试,并获得自然界中不存在的新型材料。他们在长宽比为至少2:1的陶瓷中使用添加剂以制成长丝,然后通过FDM技术进行3D打印使得陶瓷产品具有纹理化的微结构和表面,并增强物理和化学性质,利用陶瓷的各向异性特性,获得单晶材料。另外,还可以通过纤维增强来实现增强的微结构,添加剂可包括任何结晶材料,合成材料或聚合物材料,合适的添加剂包括白榴石,二硅酸锂,氮化硅,玻璃(例如二氧化硅)或其任何组合。
陶瓷3D打印技术发展与材料制备技术的发展密切相关。例如,在应用中,虽然同样是使用光固化3D打印技术,但制造出的陶瓷件性能却可能截然不同,这与陶瓷浆料配方密切相关。大多数陶瓷 3D 打印机限于"氧化物陶瓷材料"低熔点陶瓷打印,但也有一些陶瓷浆料配方是高温陶瓷,如美国HRL实验室开发的一种用于光固化3D打印的陶瓷"先驱体转化聚合物"材料,这种材料在3D打印后经过过火可以生成致密的陶瓷部件。
整体而言,由于陶瓷3D打印技术可直接打印具有复杂结构的陶瓷零部件,因此陶瓷3D打印技术具有无可替代的优势及应用价值。










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