據(jù)知名市場(chǎng)研究公司MARKETS ANDMARKETS(M&M)發(fā)(fā)布的一份調(diào)查報告顯示，3D打印陶瓷市場(chǎng)的全球規(guī)模有望從2016年的2780萬(wàn)美金增長(cháng)至2021年的1.315億美金，期間的復合年增長(cháng)率(CAGR)將高達29.6%。 該報告還顯示，截至目前，3D打印陶瓷市場(chǎng)份額最大的地區(qū)仍是北美，并有望繼續(xù)領(lǐng)(lǐng)跑；歐洲其次，而亞太地區(qū)則有望后來(lái)居上，在未來(lái)5年里坐擁全球最高的增長(cháng)率。主要包含3D打印用陶瓷粉末材料市場(chǎng)、3D打印陶瓷產(chǎn)(chǎn)品市場(chǎng)和相關(guān)(guān)設備、技術(shù)(shù)市場(chǎng)等的陶瓷3D打印市場(chǎng)，發(fā)(fā)展?jié)摿藪蟆?

陶瓷3D打印技術(shù)(shù)詳解

陶瓷件的3D打印包括配置陶瓷漿料、繪制三維模型并分層、3D打印成型、燒結(jié)等流程，其無(wú)需原胚和模具，就能直接根據(jù)計算機圖形數(shù)據(jù)，通過(guò)增加材料的方法生成任何形狀的物體，簡(jiǎn)化產(chǎn)(chǎn)品的制造程序，縮短產(chǎn)(chǎn)生的研制周期，提高效率并降低成本。 目前陶瓷3D打印成型技術(shù)(shù)主要可以分為噴墨打印技術(shù)(shù)(IJP)、熔融沉淀技術(shù)(shù)(FDM)、分層實(shí)體制造技術(shù)(shù)(LOM)、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(shù)(SLS) 和立體光固化技術(shù)(shù)(SLA)等。 使用這些技術(shù)(shù)打印得到的陶瓷坯體經(jīng)(jīng)過(guò)高溫脫脂和燒結(jié)后便可得到陶瓷部件。根據(jù)成型方法和使用原料的不同，每種打印技術(shù)(shù)都有自己的優(yōu)(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)(fā)展程度也有差距。 1熔融沉積造型（FDM） 熔化沉積造型法由美國學(xué)者Scott Crump于1988年研制成功，其以熱塑性絲狀為原料，絲通過(guò)可在X-Y方向上移動(dòng)的液化器熔化后噴頭噴出，根據(jù)所涉及部件的每一層形狀，逐條線(xiàn)、逐個(gè)層的堆積出部件。FDM使用的原材料有聚丙烯、丙烯腈-丁二烯鑄造蠟質(zhì)(zhì)等。 FDM具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、原材料的利用效率高且沒(méi)有毒氣或化學(xué)物質(zhì)(zhì)的污染等優(yōu)(yōu)勢，但也具有制備出的原型表面有較明顯的條紋、與截面垂直的方向強度小、成型速度相對較慢、噴頭容易發(fā)(fā)生堵塞，不便維護的劣勢。 2直寫(xiě)自由成型（DIW） 直寫(xiě)自由成型技術(shù)(shù)，將陶瓷制備成具有固化特性的陶瓷懸浮液，計算機控制的Z方向上的漿料輸送裝置在X-Y平面內(nèi)移動(dòng)，同時(shí)從針頭擠出陶瓷懸浮液，其在pH值、光照、熱輻射等固化因素作用下實(shí)現(xiàn)固化，逐層堆積形成陶瓷部件毛坯。 DIW具有無(wú)需紫外光和激光的輻射，常溫下成型；可制備高致密化的燒結(jié)體的優(yōu)(yōu)勢，但也具有水基陶瓷懸浮液穩(wěn)定性較差，保存周期短；有機物基陶瓷漿料穩(wěn)定性高，保存周期長(cháng)，但需增加低溫排膠過(guò)程，制造成本高的劣勢。 3噴墨打印技術(shù)(shù)（IJP） 噴墨打印法是由Brunel大學(xué)的Evans和Edirisingle研制出來(lái)的，它是將含有納米陶瓷粉的懸浮液直接由噴頭噴出以沉積成陶瓷件。目前使用的陶瓷材料有ZrO2、TiO2、Al2O3等。 IJP具有成型原理簡(jiǎn)單，打印頭成本低，易產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)化等優(yōu)(yōu)勢；但噴墨打印頭堵塞，另外打印高度受限且不能打印內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)模型，還要求粉末粒徑分布均勻，流動(dòng)性好且高溫化學(xué)性質(zhì)(zhì)穩(wěn)定。 4三維印刷工藝（3DP） 三維打印是由MIT開(kāi)發(fā)(fā)出來(lái)的，首先將粉末鋪在工作臺上，通過(guò)噴頭把粘結(jié)劑噴到選定的區(qū)域，將粉末粘結(jié)在一起，形成一個(gè)層，而后，工作臺下降，填粉后重復上述過(guò)程直至做出整個(gè)部件。目前，以氧化鋯、鋯英砂、氧化鋁、碳化硅和氧化硅等陶瓷粉體為原材料。 3DP具有能夠大規(guī)模成型出陶瓷部件，成本較低的優(yōu)(yōu)勢，但也具有黏結(jié)劑黏合強度受限導致部件強度有限，難以得到機械性能優(yōu)(yōu)良的陶瓷器件的劣勢。 5激光選區(qū)燒結(jié)/熔融（SLS/SLM) SLM 的思想最初由德國Fraunhofer研究所于1995年提出，SLS和SLM原理與三維印刷技術(shù)(shù)較類(lèi)似，將粘接劑換為激光束。在高功率比重激光器激光束開(kāi)始掃描前，水平鋪粉輥先把金屬粉末平鋪到加工室的基板上，然后激光束將按當前層的輪廓信息選擇性地熔化基板上的粉末，加工出當前層的輪廓，然后調(diào)入下一圖層進(jìn)行加工，如此層層加工，直到整個(gè)部件加工完畢。 SLS/SLM工藝使用的一般是塑料、蠟、陶瓷、金屬或其復合物的粉末，其具有無(wú)需支撐即可制備復雜陶瓷部件的優(yōu)(yōu)點(diǎn)，但也存在因受到粘接劑鋪設比重的限制導致陶瓷制品致比重不高的問(wèn)題。 6光固化快速成型技術(shù)(shù)（SLA) SLA技術(shù)(shù)是通過(guò)激光的掃描曝光實(shí)現(xiàn)單層的固化。通過(guò)紫外激光束，按照設計好的原件層截面，聚焦到工作槽中的陶瓷光敏樹(shù)脂混合液體，逐點(diǎn)固化，由點(diǎn)及線(xiàn)，由線(xiàn)到面。通過(guò)xy方向固化成面后，通過(guò)升降臺在z軸方向的移動(dòng)，層層疊加完成三維打印陶瓷部件。 SLA具有成型精度極高陶瓷件燒結(jié)后致比重高的優(yōu)(yōu)勢；但存在后續(xù)工藝麻煩，以及二次固化問(wèn)題，另外，SLA難以加工折射率較高的陶瓷材料。 7疊層實(shí)體制造（LOM） 在層片疊加制造工藝中，將單面涂有熱溶膠的箔材通過(guò)熱輥加熱，由紙、陶瓷箔、金屬箔等構(gòu)成的材料就會(huì )粘接在一起。然后上方的激光器按照CAD模型分層數(shù)據(jù)，用激光束將箔材切割成所制部件的內(nèi)外輪廓，再鋪上新的一層箔材，重復上述過(guò)程，直至整個(gè)零部件打印完成。 LOM具有成形速度快，適合用于制造層狀復雜結(jié)構(gòu)部件，后期處理過(guò)程比較簡(jiǎn)單的優(yōu)(yōu)勢，但也存在不可避免的產(chǎn)(chǎn)生大量材料浪費的現(xiàn)象，利用率有待提高，同時(shí)打印過(guò)程采用的激光切割增加了打印成本。 綜述與展望 陶瓷3D打印技術(shù)(shù)的出現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)的制造模式，在復雜結(jié)構(gòu)、一體化制造、降低成本和縮短研制周期等方面極具潛力，打破了陶瓷傳統(tǒng)加工工藝的限制，受到了眾多學(xué)者和企業(yè)(yè)家的關(guān)(guān)注。 目前國外陶瓷基3D打印材料制造商主要包括美國的3DSystems、Tethon 3D和Viridis3D以及澳大利亞Lithioz公司。國內(nèi)知名企業(yè)(yè)有北京太爾時(shí)代、湖南華曙高科、武漢三維、北京十維、浙江迅實(shí)、深圳長(cháng)朗、中航邁特等。 相關(guān)(guān)數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)從事3D打印的企業(yè)(yè)接近200家，70%集中在桌面打印領(lǐng)(lǐng)域，而從事工業(yè)(yè)打印機生產(chǎn)(chǎn)和研發(fā)(fā)的企業(yè)(yè)有四五十家，從事金屬打印的企業(yè)(yè)有三十家，從事生物打印的企業(yè)(yè)大概接近十家，從事材料打印的企業(yè)(yè)大概有二三十家。雖然在企業(yè)(yè)數(shù)量上，我國已經(jīng)(jīng)可以媲美國外企業(yè)(yè)，但是在綜合實(shí)力方面，仍有很大的差距。 目前，國內(nèi)外3D打印發(fā)(fā)展的差距： 1)產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)化進(jìn)程緩慢，市場(chǎng)需求不足; 2)美國3D打印產(chǎn)(chǎn)品的快速制造水平比國內(nèi)高; 3)燒結(jié)的材料尤其是金屬材料，質(zhì)(zhì)量和性能比我們好; 4)激光燒結(jié)陶瓷粉末、金屬粉末的工藝方面還有一定差距; 5)國內(nèi)企業(yè)(yè)的收入結(jié)構(gòu)單一，主要靠賣(mài)3D打印設備，而美國的公司是多元經(jīng)(jīng)營(yíng)，設備、服務(wù)和材料基本各占銷(xiāo)售收入的1/3。 展望未來(lái)，3D打印是以數(shù)字化、網(wǎng)(wǎng)絡(luò )化為基礎(chǔ)，以個(gè)性化、短流程為特征，實(shí)現(xiàn)直接制造、桌邊制造和批量訂制的新的制造方式，相信在不久的將來(lái)，3D打印技術(shù)(shù)一定會(huì )在陶瓷領(lǐng)(lǐng)域大有作為。

來(lái)源：中國3D打印網(wǎng)(wǎng)