成形與塑形

陶瓷積層製造(ceramic additive manufacturing)

到目前為止的每一種成形方法,都是把粉末倒進或壓進一個已經具有最終形狀的模具。積層製造把模具丟掉:它直接從數位模型一次一薄層地築起生坯,只在零件該存在的地方加料。把一個三維設計切成數百層,逐層列印、層層堆疊,一個固體的生坯陶瓷就從一個電腦檔案裡長出來。這是最新的成形路徑,它的許諾是任何模具都做不出的形狀——內部流道、細微點陣,以及一次性的客製零件。

有好幾種列印方法被改用於陶瓷,差別在於一層是怎麼鋪下去的。在槽式光聚合(立體光刻或 DLP)中,一種載有陶瓷粉末的感光樹脂被光逐層固化,解析度最細。在黏結劑噴印中,一個噴墨頭把液態黏結劑液滴噴到一床鬆散陶瓷粉末上,一次黏起一層。在直接墨水成形(機器人澆鑄)中,一種觸變、剪切變稀的膏被從細噴嘴擠出、描繪出每一層,膏一離開噴嘴尖端就立刻變硬,好讓壁挺住。無論用哪種方法,列印只做出生坯——它仍必須脫脂去除有機物,再像任何其他生坯一樣燒結,並隨緻密化而收縮。

積層製造的威力是幾何自由與免模具,因此它在原型、複雜的生醫支架,以及小量的精細結構或濾件上表現出色。但它並不能廢除陶瓷的規則。誠實的難處是實在的:列印件帶著其層層的指紋,表現為表面粗糙,有時是脆弱的層間界面;生坯密度往往比壓製或凝膠澆鑄更低、更不均;而每一個列印進去的氣孔、層缺陷或團聚體,都會變成一個被燒成繼承、並決定燒成件韋伯強度的成形缺陷。它是一種成形方法,不是繞過乾燥、燒除與燒結的捷徑。

一個複雜的、無法用模具成形的氧化鋁點陣,用立體光刻從載有 Al2O3 的樹脂在紫外光下逐層固化列印出來。列印好的生坯點陣接著脫脂燒掉樹脂、燒結——收縮約 20 percent——成為一個緻密的零件,其內部流道是任何模具或泥漿模都不可能成形的。

從數位模型逐層築起生坯——免模具的幾何,但同樣的脫脂、燒結與缺陷規則依舊適用。

3D 列印只成形生坯;它不是繞過乾燥、燒除與燒結的捷徑。層間界面與較低、較不均的生坯密度,意味著列印陶瓷往往比壓製良好或凝膠澆鑄的零件有更多缺陷——也更低的強度。

又称
ceramic 3D printingAM陶瓷3D列印