“将我们的平台拓展到技术陶瓷市场对Fortify来说是水到渠成的发展,”Fortify首席执行官兼联合创始人Joshua Martin表示。“要突破这些材料的极限,就需要加工高负载、高磨蚀性和高粘度的材料。而这些能力也正是我们在各种技术光敏聚合物领域取得成功的关键所在。”
可用于3D打印的陶瓷材料种类日益增多,无疑将为陶瓷增材制造技术在航空航天、医疗和能源等高要求领域的高性能应用打开大门。这不禁让我们思考,目前有哪些陶瓷材料可以进行3D打印?它们又呈现出哪些形状?.
可进行3D打印的陶瓷类型
最早用于3D打印的陶瓷材料之一是 粘土。多年来,众多粘土挤出打印机制造商,例如Delta、WASP和CERAMBOT,纷纷进入陶瓷3D打印市场,主要面向艺术、建筑和设计领域。总部位于旧金山的知名3D打印设计工作室Emerging Objects,以打印粘土和瓷器创作创新雕塑和建筑而闻名。尽管如此,陶瓷增材制造技术已逐渐从粘土和瓷器等白色陶瓷产品转向工程陶瓷。工程陶瓷为利用3D打印技术生产高性能零件提供了契机,这些零件可用于航空航天与国防、化工和牙科等高利润行业。
氧化物陶瓷:目前3D打印的主要陶瓷类型是氧化物陶瓷,例如氧化铝和氧化锆。这些二元氧化物通常比许多非氧化陶瓷更便宜、更容易加工,这促使它们在3D打印领域日益普及。除了3D打印之外,氧化铝还常用于植入物和医疗器械,而氧化锆在牙科行业的渗透率也在不断提高,因为它被用于种植体和牙贴面。牙科和医疗都是3D打印行业的目标领域,因为它们提供了大规模定制的机会,而这正是3D打印技术的设计初衷。鉴于这些事实,氧化铝和氧化锆成为当今最受欢迎的陶瓷3D打印材料也就不足为奇了。几乎所有主要的陶瓷3D打印机制造商,例如Lithoz、Admatec和3D Ceram,都在开发和销售用于陶瓷3D打印的氧化锆和氧化铝材料。
无氧化物陶瓷:无氧化物陶瓷,例如碳化硅和氮化铝,在市场上不如氧化物陶瓷常见。这主要归因于两个因素:成本较高以及无氧化物陶瓷的打印难度更大。尽管如此,无氧化物陶瓷在陶瓷增材制造市场中的商业化应用正日益普及,因为它们具有优异的耐热性和耐腐蚀性,尤其适用于极端环境。近年来,越来越多的公司推出了用于3D打印的无氧化物陶瓷。这不仅包括Lithoz、Admatec和3D Ceram等3D打印陶瓷制造商,还包括SGL Carbon和Schunk Carbon Technology等陶瓷材料供应商。陶瓷材料供应商通常不直接生产用于3D打印的陶瓷,而是将这些材料作为其内部零件生产服务的一部分提供。
生物陶瓷: 生物陶瓷通常指用于人体并能刺激细胞活动的陶瓷材料。过去十年,生物陶瓷一直是学术界广泛研究的对象,因为它们有望制造出不仅无毒,还能主动帮助人体自我修复的植入式医疗器械。3D打印生物陶瓷植入物的可能性引起了医疗器械领域和学术研究界的广泛关注,因为3D打印技术能够制造出适合每位患者身体的定制植入物。在3D陶瓷打印领域,研究最多的两种生物陶瓷是羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙(TCP);这些生物陶瓷之所以受欢迎,不仅是因为它们的材料特性,还因为它们在医学领域的广泛应用,因为许多HA和TCP植入物和器械(非3D打印)此前已获得美国食品药品监督管理局(FDA)的批准。
在确定了3D打印市场中最常见的陶瓷材料之后,这些陶瓷可以以哪些原材料形式存在?一般来说,陶瓷原材料主要分为六种类型,其中四种包含聚合物作为中间粘合剂,两种则不包含:
光敏树脂:将陶瓷粉末掺入树脂中制成用于打印的糊状物;
热塑性长丝:将陶瓷粉末与热塑性塑料混合制成用于挤出的长丝;热塑性颗粒:
将陶瓷粉末与热塑性塑料混合制成用于挤出的颗粒;陶瓷糊
:将粘稠的陶瓷糊(例如粘土或瓷器)制成用于打印的糊状物;
陶瓷粉末:微米级的陶瓷粉末颗粒用于粉末床打印;
纳米颗粒悬浮液:将陶瓷纳米颗粒悬浮在水中,用于纳米颗粒喷射(一种材料喷射技术)。
展望未来:3D陶瓷打印材料
总体而言,可用于陶瓷增材制造的材料种类繁多,但仍有很大的创新和拓展空间。高性能陶瓷和陶瓷基复合材料的3D打印应用将提升陶瓷增材制造的产能,使其成为小批量零件生产中最广泛使用的制造方法。IDTechEx预测,未来十年,随着更多材料供应商和新兴陶瓷3D打印公司携各自产品进入市场,材料领域的创新将持续推进。.
有关 3D 陶瓷打印技术的更详细分析以及该领域的其他信息,包括参与者简介、市场预测、应用案例研究和基准研究,请参阅“2022-2032 年 3D 打印陶瓷:技术和市场展望”。.
