陶瓷3D打印赋能精细制造,精确把控微观组织结构

时间:2020-05-21 10:23       来源: 智能制造网
  早在约公元前8000-2000年(新石器时代),中国人就发明了陶器。除了在装饰、食器领域的应用之外,陶瓷在科学技术、文物考古等领域也扮演着重要角色。陶瓷3D打印技术的出现,更为科技史增添了一抹亮色。提起陶瓷3D打印,就得先了解什么是3D打印。由于结合了数字建模、资料技能、信息处理等多范畴的前沿科技成果,3D打印打破了传统加工的思维方式,被业内人士视为“第三次工业革命具有代表性的生产工具”。
 
  随着美学和性能要求的进一步提高,陶瓷3D打印作为一种解决方案应运而生。陶瓷3D打印作为3D打印技术成果的集中展示,正迎来快速发展的新机遇。目前,跨国公司、创业公司正致力于借助陶瓷3D打印来缩短不同终端用户行业的执行时间并提高运营效率。例如,2018年,佳能公司年开发出新的陶瓷3D打印技术,可用于在耐热、耐腐蚀和绝缘性能方面有特殊需求的应用。此外,佳能还开发了新的陶瓷材料,以生产高精度的零部件。
 
  目前,国内外陶瓷3D打印的研究热点主要集中在材料和设备上。其中,以工程塑料、光敏树脂等为代表的有机高分子材料和以铜合金、钛合金、铝合金、不锈钢等为代表的金属材料的陶瓷3D打印已经获得较大进展。
 
陶瓷3D打印赋能精细制造,精确把控微观组织结构
 
  从客户群体来看,3D打印陶瓷市场当前的客户群体主要来源于航空航天和国防高新技术行业,这两者均对航天器的隔热瓦等陶瓷制品有着大量的需求。此外,生物健康医疗领域也是陶瓷3D打印落地的一大行业。借助陶瓷3D打印制造假牙、植入体、手术器械、人体假肢等医疗产品,不但能准确的满足患者的定制化需求、生物兼容性非常好,而且省时省力、效率较高。在牙科领域,陶瓷3D打印提供了新的设计自由度,既可以逐层生产复杂的3D无金属应用程序,同时可以克服标准陶瓷工艺的技术局限性。
 
  为了更换缺失的牙齿,医生可以给患者使用内旋螺钉型牙种植体进行适当的治疗。使用基于光刻的陶瓷3D打印技术,可以用高度可重复的方式制造出大量形状复杂且贴合度较高的复杂陶瓷植入物。
 
  在航天航空领域,陶瓷3D打印同样用途广泛。目前,在航空航天领域应用的陶瓷零件可分为襟翼、喷管、机头罩、机翼前缘、涡轮整体叶盘等结构零件和天线罩、天线窗等功能零件。借助陶瓷3D打印制造出来的零部件, 因强度高、耐高温、密度低、耐腐蚀等优点在航空航天制造领域具有广阔的应用前景。从技术角度来看,目前陶瓷3D打印技术主要有激光选区烧结技术(SLS)、喷墨打印技术(IJP)、熔融沉积成型技术(FDM)、分层实体制造技术(LOM)、三维打印技术(3DP)等,未来随着科研攻关速度的不断加快,更多兼具实用性和科技感的技术将纷纷出现,并得到推广应用。
 
  据市场调研机构Grand View Research的报告显示,全球陶瓷3D打印市场到2025年预计将逼近1.6亿美元,平均年增长率达到34%,这将是3D打印市场细分领域在未来的新增长点。陶瓷3D打印对微观组织结构的强大控制能力,能较好地满足功能集成性零件、拓扑优化异性零件等需求。基于此,相关公司会进行定制化原材料选择、生产制造以及工艺革新。
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