工业级高性能陶瓷3D打印机有什么用处

陶瓷材料如何运用于3D打印技术中？3D打印技术又称增材制造，具有操作简单、成型速度快、精度高等优点。随着3D打印技术的不断发展，它已逐步应用于制造业的各个领域。采用3D打印陶瓷材料，结合先进的烧结技术制备高精度、高强度的陶瓷零件，与传统的制备技术相比，可以大幅降低加工成本，缩短生产周期，节约原材料，其发展潜力巨大，将推动3D打印陶瓷技术在航空航天、医疗、工业等领域得到更广泛的应用。下面小编为大家介绍几种3D打印陶瓷材料的技术和应用。

陶瓷材料传统的数控制造一般是以原材料为基础，采用切割、研磨、腐蚀、熔化等方法去除多余的材料，得到零件，再以拼接、焊接等方法组合成最终产品。印刷陶瓷技术主要包括喷墨打印技术、熔融沉积成型技术、激光固化成型技术、分层固体制造技术和激光选择性烧结技术，可根据不同标准进行分类。其中，基于激光成型的方法有光固化成型技术、分层固体制造技术和激光选择性烧结技术，其他两种为非激光成型方法。

陶瓷材料采用切割、研磨、腐蚀、熔化等方法去除多余的材料，得到零件，再以拼接、焊接等方法组合成最终产品。3D喷墨打印陶瓷技术的工作原理是通过加热喷嘴，使喷嘴底部毛细管中的陶瓷墨水在极短的时间内迅速汽化并形成气泡。

熔融沉积成型技术和选择性激光烧结技术需要设置支撑结构，而其他三种不需要设置支撑结构。最后，按工艺可分为直接成型法和逐层粘接法，喷墨打印技术的技术是将陶瓷粉末与粘结剂混合制备陶瓷墨水，通过3D打印直接成型，属于直接成型法，其他四种技术属于逐层粘接法。

(1)ABS塑料类

ABS是FDM最常用的打印材料，目前有多种颜色可以选择，是消费级3D打印机用户最喜爱的打印材料，如打印“乐高”类型的很多玩具，制作很多创意家居饰件等。ABS材料通常是细丝盘装，通过3D打印喷嘴加热熔解打印。由于喷嘴喷出之后需要立即凝固，喷嘴加热的温度控制在ABS材料热熔点高出1～2℃，不同的ABS由于熔点不同，对于不能调节温度的喷嘴是不能通配的。这也是最好在原厂商购买打印材料的原因。

(2)PLA塑料类

PLA塑料熔丝也是一种非常常用的打印材料。尤其是对于消费级3D打印机来说，PLA可以降解，是一种环保的材料。PLA一般情况下不需要加热床，这一点不像ABS，所以PLA容易使用，而且更加适合低端的3D打印机。PLA有多重颜色可以选择，而且还有半透明的红、蓝、绿以及全透明的材料。PLA的通用性也有待提高。

(2)亚克力类材料

亚克力源自英文acrylic，意指由有机化合物甲基丙烯酸甲酯单体(Methyl Methacrylate，MMA)所制成的PMMA板，其透明与透光度如同玻璃一般。将所有由透明塑料(如PS、PC等)或由劣质回收MMA所制成的板材统称为有机玻璃。亚克力(有机玻璃)材料表面光洁度好，可以打印出透明和半透明的产品。目前，利用亚克力材质，可以打印出牙齿模型用于牙齿矫正的治疗。

(4)尼龙铝粉材料(Alumide)

尼龙铝粉就是在尼龙的粉末中掺杂一部分铝粉，通过SLS技术进行打印，使打印出的成品具有金属的光泽。当铝粉含量从0增大到50%时，所制成品的热变形温度、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量及硬度比单纯尼龙烧结件分别提高了87℃、10.4%、62.1%、122.3%及70.4%。此外，烧结件的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度也随着铝粉平均粒径的减小而增大。这种材料经常用于装饰品和首饰的创意产品的打印中。

(5)陶瓷粉末(Ceramic)

陶瓷粉末采用SLS进行烧结。上釉陶瓷产品可以用来盛食物，很多人用陶瓷来打印个性化的杯子。当然3D打印并不能完成陶瓷的高温烧制，需要在打印完成之后进行高温烧制。

(6)树脂材料(Resin)

树脂通常是指受热后有软化或熔融范围，软化时在外力作用下有流动倾向，常温下是固态、半固态，有时也可以是液态的有机聚合物。一般不溶于水，能溶于有机溶剂。树脂按来源可分为天然树脂和合成树脂；按其加工行为又有热塑性树脂和热固性树脂之分。树脂是SLA光固化成型的重要原料，其变化种类很多，有透明的、半固体状的，可以制作中间设计过程模型。由于其成型精度比FDM高，因此可以作为生物模型或医用模型。

(7)不锈钢材料(Stainless Steel)

不锈钢以其漂亮的外观、耐腐蚀的特性、不易损坏的优点，越来越受到人们的喜爱。锅碗瓢盆、城市雕塑、建筑、装修居室等使用不锈钢的越来越多。不锈钢坚硬，而且有很强的牢固度。不锈钢粉末采用SLM技术进行3D烧结，可以选用银色、古铜色及白色。不锈钢可以制作模型、现代艺术品以及很多功能性和装饰性的用品。不锈钢3D打印技术最成熟的是东莞大唐盛世-金属3D打印工厂了，多年来一直专注于金属3D打印材料的应用。

(8)彩色打印材料

彩色打印有两种情况，一种是两种或多种颜色的相同或不同的材料从各自的喷嘴中挤出，最常用的是消费级的FDM双喷嘴的打印机，通过两种或多种材料的组合来形成有限的色彩组合。另外一种是采用喷墨打印机的原理，通过不同的染色剂的组合，和粘结剂混合注入打印材料粉末中进行凝固，理论上这种技术可以打印出“真彩”的3D物品。打印材料通常选择树脂、聚丙乙烯或ABS。2.特殊3D打印材料介绍

随着技术的发展和应用范围的扩大，出现了一些特殊的3D打印材料。

(1)人造骨粉

如果人体的骨头不幸受伤，那么传统的骨头移植手术会使用病患者其他部位的骨头或是利用陶瓷来代替。最近，加拿大有一所大学正在研发“骨骼打印机”，利用3D打印技术，将人造骨粉转变成精密的骨骼组织。骨骼打印机使用的材料是一种类似于水泥的人造粉未薄膜，也叫“人造骨粉”。打印机会在用骨粉制作的薄膜上喷洒一种酸性药剂，使薄膜变得坚硬。这个过程会一再重复，形成一层又一层的粉质薄膜。最后，精密的“骨骼组织”就被创造出来。

(2)巧克力等食品级原料

巧克力、可可粉、砂糖甚至肉制品都可以作为3D打印材质来“打印”美味食品。3D食物打印机是一种可以把食物“打印”出来的机器。它使用的不是墨盒，而是把食物的材料和配料预先放入容器内，再输入食谱，按下程序开关，余下的烹制程序会由它去做，输出来的不是一张又一张的文件，而是真正可以吃下肚的食物。

由国外一家“科学实验室”制作完成的砂糖3D打印机CandyFab 4000 通过喷射加热过的砂糖，可以做出美味又好看的甜品。还用改进的3D打印技术打印出的鲜肉让人又惊又喜。打印肉关键在于原材料的调配，“3D肉”利用实验室培养出来的细胞介质生成的类似鲜肉的替代物质，用水基溶胶为粘合剂，再配合特殊的糖分子结构制成。这可以说是目前“最美味可口”的3D打印材质了。

(3)生物细胞

作为一种生物制造技术，细胞的3D打印是其中的技术基石。通过3D打印技术将细胞作为材料层层打印在生物支架(基质)材料上，通过准确定位，形成具备生物特性的组织。

如果细胞打印进展顺利，那么人类的健康问题将得到极大的改善。这些具备生物特性的组织不仅可以作为很好的医学研究工具，还可以根据病体的需要进行器官移植和修复，用来进行药物筛选的试验，制作药物研发领域的药物筛选模型，弥补现阶段蛋白筛选直接到动物体筛选的技术缺失，提高药物筛选率，大大缩短新药的研发时间。这项技术一旦成熟那么离3D打印克隆人就不远了。

与传统工艺相比，陶瓷3D打印技术具有精度高、设计自由、无需模具、复杂结构可控制造等显著优势。目前，发达的陶瓷成型方法包括SLA、DLP、激光烧结、熔融沉积等。在表面质量和成型效果方面，光固化技术体现出更好的印刷效果。根据市场需求，快实早年已开发出桌面级和工业级DLP陶瓷3D打印机。

随着陶瓷3D打印技术的逐步成熟，越来越多的领域开始使用这一技术来解决传统技术无法解决的痛点。在应用过程中，我们也认识到由于材料和精度的限制，一些前沿的工业应用存在局限性。因此，为了满足科研机构的需求，我们研发生产了集多种材料和高精度于一体的陶瓷3D打印机。对于Brightorb，AGCC和VoxelJet还开发了一种新的3D打印机VX1000，它可以打印体积为1000 x 600 x 500毫米的零件，并将陶瓷颗粒与无机粘合剂结合起来。

一家日本公司为粘土开发了一种新的3D打印机Brightorb主要由氧化铝（Al2O3）80%、氧化锆（ZrO2）10%、氧化硅（SiO2）9%、矿物刚玉、巴氏合金和各种水泥组成。Brightorb在3D打印过程中被应用于构建平台，其平均粒度为50微米，层厚为100微米，并选择性地与无机粘合剂结合。另一方面，它可以有效减少单一材料模型的性能短板，提高打印产品的热稳定性、强度和韧性。

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“3D打印陶瓷”突破传统陶瓷造型 未来市场如何？

2014年02月15日 09:16来源： 中国文化报 文珊

原标题：3D打印陶瓷：谁来捧场？

国外设计师的3D陶瓷艺术作品

陶瓷是千年窑火淬出的传统工业，3D打印则是最近大热的一门全新技术，当两者碰撞在一起，会擦出怎样的火花？

突破传统陶瓷造型

在国外的工业领域，早就有用3D打印来制造建筑用瓷的企业，现在艺术家也把目光投向了这项革命性技术，利用传统的工艺烧造技术加上无限创意，就能打造出绝美的陶瓷艺术品。

西班牙设计师伯纳特·屈尼（Bernat Cuni）就借助了3D陶瓷打印，完成了他所谓“每天一个咖啡杯”的计划。在30天的时间里，屈尼每天都会制作出一个稀奇古怪的咖啡杯。每个杯子从构思、设计、成型到制成所花费的时间都控制在24小时之内。

从概念变身实物最重要的是构建现实模型，整个3D打印过程需要花费大约4小时的时间。在平铺的陶瓷粉上的特定区域沉积有机粘结剂，每建成一层，在顶部继续添加陶瓷粉和粘结剂，直到整个模型完工。之后模型将会被送入炉中加热，这样粘结剂就会被固化。出炉后，扫掉外层的陶瓷粉末，一个实体的模型就算是做成了。被清理掉的陶瓷粉还可以用于下一个模具的制造。

为了让屈尼的杯子永久地保持住结构外形，它需要被送入炉子中再用高温“磨炼”一番。通过使用一种水性喷雾对其预先上釉，可以减少表面粗糙程度，然后再进行低温加热，为最终在表面上釉打下基础。层层加工之后，带着亮丽光泽的咖啡杯就修成正果了。

原本只是模型的咖啡杯变成了触手可及的现实事物，充分体现出了3D陶瓷打印技术的可操作性和便捷性。屈尼制造的咖啡杯虽然在实用性上有所欠缺，但新鲜的想法和技术带给人耳目一新的感觉。

如果说，传统陶瓷工艺高温烧结的魅力是3D陶瓷打印无法企及的，那么3D陶瓷打印的造型技术，却能完成传统陶瓷工艺所无法表现的繁复三维结构。

补充中层市场

传统的方法，制作雕塑要抟泥、塑型，考验工匠的用刀和对泥土湿度的把握。而3D陶瓷打印则是承担了过去手工塑型制模的整个过程。

目前，已经有不少学校引进了陶瓷3D打印机，主要用于工业设计专业进行模型设计、制作的教学与实验。相比传统的制作工序，3D技术的运用，更符合热爱在电脑上完成操作的“80后”“90后”的“胃口”。“半天就可以出成品，加上电脑设计，比原先全部通过手工操作要节省一半的时间，不仅节省了大量的成本和时间，还为模型的制作提供了便利的可修改性、实验性和创造性，对于产业未来的发展具有极大的推动力。”一位工艺美术学校的老师如是说。

传统的瓷塑制作，利用泥巴进行塑造成型、晾干、开模、倒坯、烧制等，所投入的时间、资金成本大，且不易于修改。这对非物质文化遗产的传承和传统瓷塑技法的发展，也提出了新的命题。如果能把传统技术和现代科技相结合，对产业的发展将会起到巨大的推进作用。

有专家表示：“如今，历史文物、人物肖像、山水风光等题材，都可以通过3D打印技术塑型建模，并且大批量复制生产。这些作品将突破传统造型，极大地丰富艺术形态。现代制造技术和艺术价值的结合，能使瓷器吸引更多消费者，为产业创造更大利润。”

3D打印技术带来成倍提升的制造效率，以及手工无法实现的工艺精度，也让业内人士表示，其有望填补“具有一定附加值和文化内涵、面向一般消费者”的陶瓷产品的市场空白。

普及仍需时日

在瓷都福建德化，3D打印这项看似“高大上”的神秘技术，已悄然走进传统陶瓷工业。

在德化一家陶瓷公司，技术人员先经过计算机设计成立体图像，后指令精雕机雕刻。15分钟后，活灵活现的“飞龙”陶器就出窑了。

该公司经理表示，引进这台机器之前，他们还有很多担忧，但用过之后，发现不仅效率得到了提高，许多之前很难完成的零部件，如人物头像、茶杯纹路、镂空图案等，都能很快打印出来了，目前这台机器主要是用来做前期模具。

目前国外3D打印的材料已有100多种，而国产材料仅几十种，许多材料还依赖进口，价格相对高昂。正因为如此，3D打印的概念很热门，但大多数企业仍持观望态度，并不愿意投入几百万元上千万元去采购设备。一些中小企业会把需要的模型拿到拥有3D打印机的单位扫描制作，再打印出成品，这样可减轻企业的成本负担。

“其实，单靠一家公司的研发是做不成规模的，3D产业的发展还是需要政府牵线、引导。”3D打印从业人士表示，目前3D打印技术还未普及，3D打印缺乏专业人才是个问题。除了成本相对较高无法投入，一个重要的原因就是找不到能运用这项技术的专业人才。要有专业的设计和应用人才，才能够将这项技术和创意相结合，运用到陶瓷产业中。未来专业的3D技术人才将成为3D企业发展的致胜法宝。

如果把3D打印材料进行归类，可分为石化产品类、生物类产品、金属类产品、石灰混凝土产品等几大类，比较常用的有以下十种：

ABS可以说是FDM最常用的打印材料，目前有多种颜色可以选择，是消费级3D打印机用户最喜爱的打印材料，比如打印玩具、创意家居饰件等。ABS材料通常是细丝盘装，通过3D打印喷嘴加热熔解打印。由于喷嘴喷出之后需要立即凝固，喷嘴加热的温度控制在ABS材料热熔点高出1°C到2°C，不同的ABS由于熔点不同，对于不能调节温度的喷嘴，是不能通配的。这也是为什么最好在原厂商购买打印材料的原因。

PLA塑料熔丝可以说是另外一个非常常用的打印材料，尤其是对于消费级3D打印机来说， PLA可以降解，是一种环保的材料。PLA一般情况下不需要加热床，这一点不像ABS，所以PLA容易使用，而且更加适合低端的3D打印机。PLA有多种颜色可以选择而且还有半透明的红、兰、绿以及全透明的材料。和ABS同样的原因，PLA的通用性也有待提高。

亚力克(有机玻璃)材料表面光洁度好，可以打印出透明和半透明的产品，目前利用亚力克材质，可以打出牙齿模型用于牙齿矫正的治疗。

3D打印亚力克

这种材料在尼龙的粉末中参杂了铝粉，利用SLS技术进行打印，其成品就有金属光泽，经常用于装饰品和首饰的创意产品的打印中。

3D打印尼龙铝粉

陶瓷粉末采用SLS进行烧结，上釉陶瓷产品可以用来盛食物，很多人用陶瓷来打印个性化的杯子，当然3D打印并不能完成陶瓷的高温烧制，这道手续现在需要在打印完成之后进行高温烧制。

3D打印陶瓷

树脂是SLA——Stereolithography光固化成型的重要原料，其变化种类很多，有透明的、半固体状的，可以制作中间设计过程模型，由于其成型精度比FDM高，可以作为生物模型或医用模型。

3D打印树脂

真正的玻璃目前正在试验当中，玻璃粉末采用SLS技术进行打印，玻璃材质的变化种类就像树脂和聚丙乙烯一样多。

不锈钢坚硬，而且有很强的牢固度。不锈钢粉末采用SLS技术进行3D烧结，可以选用银色、古铜色以及白色的颜色。不锈钢可以制作模型、现代艺术品以及很多功能性和装饰性的用品。

3D打印饰品

这些金属材料都是采用SLS的粉末烧结，金银可以打印饰品，而钛金属是高端3D打印机经常用的材料，用来打印航空飞行器上的构件。

彩色打印有两种情况，一种是两种或多种颜色的相同或不同的材料从各自的喷嘴中挤出，最常用的是消费级的FDM 双喷嘴的打印机，通过两种或多种材料的组合来形成有限的色彩组合。另外一种是采用喷墨打印机的原理，通过不同的染色剂的组合，和粘黏剂混合注入打印材料粉末中进行凝固，理论上这种技术可以打印出“真彩”的3D物品。打印材料通常选择为树脂、聚丙乙烯或ABS。

3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。

3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。

ABS材料因具有良好的热熔性、冲击强度，成为通过熔融沉积3D打印的首选工程塑料。目前主要是将ABS预制成丝、粉末化后使用，应用范围几乎涵盖了所有日用品、工程用品和部分机械用品。PA强度高，同时具有一定的柔韧性，因此可直接利用3D打印制造设备零部件。

扩展资料：

3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。

通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。

参考资料来源：百度百科—3D打印

工业级陶瓷3D打印材料有：氧化铝（AI2O3），氧化锆（ZRO2），羟基磷灰石（HAP），磷酸三钙（TCP）等。已将陶瓷3D打印技术成功应用于工业、航空航天、珠宝/奢侈品、医疗植入物等行业。