陶瓷光固化3D打印技术是一种快速成型技术，在材料制备和结构设计等方面具有明显优势。本文对陶瓷光固化3D打印的基本原理、工艺路线、成型方法、材料应用和面临的挑战进行了分析，并对未来发展方向进行了展望。

随着制造技术的快速发展，3D打印技术也成为了一种重要的制造方式。它作为一种快速成型技术，在许多领域具有广泛的应用，其中光固化3D打印技术凭借其成型精度高、工作效率高等优点，被广泛应用于生物医学领域。但是，由于陶瓷材料具有脆性大、韧性低等特点，因此如何提高陶瓷材料的成形精度和强度是亟待解决的问题。

陶瓷材料及光固化3D打印原理

陶瓷材料是指含有大量硅酸盐、氧化物等无机物质的一类材料，如硅酸盐陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷等。其化学组成与金属相类似，属于金属材料的一种，同时具有硬度高、密度小等特点。光固化3D打印是一种由激光与高分子聚合反应形成三维立体实体的快速成型技术，它的原理是激光照射到陶瓷材料后，光固化树脂中的光敏活性基团与陶瓷材料中的羟基发生聚合反应，在树脂固化后，通过扫描线切割将形成的实体模型进行分层切片，并通过逐层逐层叠加来成型最终的三维实体。

因此，陶瓷材料在激光照射下固化后形成三维实体模型，然后通过切片软件设计出各层截面尺寸和厚度，最后在3D打印机上通过逐层逐层叠加的方法来成型最终的实体模型。光固化3D打印技术与传统的金属3D打印、陶瓷3D打印技术相比，具有精度高、生产效率高、无环境污染等优势。然而，目前陶瓷光固化3D打印技术的研究和应用主要集中在应用于生物医学领域的生物陶瓷方面，而对传统金属3D打印技术进行了广泛研究。

中国3D陶瓷打印技术世界第一

5月14日报道，在3D陶瓷打印技术上，中国科学家又有了重大突破，无需支撑结构，就可以隔空打印航天部件，制作复杂而又精密的陶瓷部件，中国3D陶瓷打印技术堪称世界第一。

陶瓷不比金属，稍不注意精密的陶瓷部件就碎了或者裂了，在定形前还容易变形或坍塌，陶瓷脆性、硬度和定形前变形给制造带来了巨大的挑战，当然，这里并不是指用于餐具的陶瓷制品，不要混为一谈。

在传统陶瓷3D打印的过程中，需要增加额外的支撑结构来防止陶瓷部件定形前的坍塌，如果是用在精密仪器中，不允许有任何变形，额外增加支撑结构会影响打印效率，还会出现移除支撑的问题。

而来自中国江南大学的研究团队经过对工艺和技术改进，解决了“需要额外增加支撑结构”的问题，大大提高了陶瓷3D打印效率，研究论文于2023年4月25日发表在世界著名科学杂志《自然通讯》上。

据了解，江南大学刘仁教授带领的研究团队研发出一款新型打印浆料，并改进了固化打印工艺，让打印材料快速固化和定形，如此一来，就不需要额外增加支撑结构了，提高了陶瓷3D打印效率，还节约了成本。

刘仁表示，新型打印浆是一种光敏陶瓷浆料，对近红外(NIR)光非常敏感，在近红外光的照射下，新型打印浆能迅速固化0.41毫米至3.5毫米的细丝，刚从喷嘴挤出后立即隔空就已经固化出了形状。

中国3D陶瓷打印技术能直接构建各种高难度结构，不需要加热或冷却，例如“扭转弹簧”和“悬臂”结构等，而传统的3D陶瓷打印技术对于这类结构则需花大量时间和精心来制作支撑结构。

在航空航天领域中，陶瓷部件因结构稳定、耐磨、耐高温等优点而被广泛应用，空间应用光学仪器内部就有陶瓷部件，具有极强的抗压能力，航空发动机涡轮叶片的关键部件中也有陶瓷部件，能耐高温。

陶瓷3D打印应用市场：航空航天和国防占大头

随着“中国制造2025”的快速进展，陶瓷制造产业也经历了深刻的变革，正在向着“智能化，数字化”的方向进行转变。新兴的3D打印在高性能陶瓷的成型制造领域具有巨大的发展潜力，3D打印有望突破传统陶瓷加工和生产的技术瓶颈，为陶瓷关键零部件的应用开辟新的途径。

与聚合物和金属3D打印相比，陶瓷3D打印市场仍被认为是一个相对较新的细分市场。根据贝哲斯的报告显示，全球陶瓷3D打印材料市场在2022年容量达到4.1亿元，预计到2028年将达到32.52亿元，期间将以41.19%的年均复合增长率增长。

在陶瓷3D打印市场应用中，当前最大的客户群体来源都来自航空航天和国防高新技术行业，两者均对陶瓷制品（例如航天器的隔热瓦）有着大量的需求；其次就是生物健康医疗领域，这个领域陶瓷多被应用于制造像假牙、手术器械、人体假肢、植入体等医疗产品，因为通过3D打印技术可以准确地为患者定制符合自身人体构造的医疗用品，生物兼容性非常好。

结语

陶瓷光固化3D打印技术是一种新型的快速成型技术，它具有传统方法无法比拟的优势，但其也存在着一定的不足。首先，陶瓷材料种类繁多，如何选择合适的陶瓷材料是一个亟待解决的问题；其次，在打印过程中，如何选择合适的工艺参数和打印方式也是一个亟待解决的问题；此外，在打印过程中，如何有效避免陶瓷材料开裂也是一个亟待解决的问题。

尽管目前已有多种陶瓷光固化3D打印方法被提出并应用于实际生产中，但由于陶瓷材料自身性质以及成形工艺等方面的限制，目前尚无一种方法可以实现对陶瓷材料的精确成型和强度优化。未来需要重点关注以下几个方面：第一，探索更多种类、更高强度、更低成本的陶瓷材料；第二，进一步研究陶瓷3D打印成形机理以及成型工艺；第三，优化成型工艺以实现高精度、高强度的陶瓷3D打印。

文章来源： 神秘事务所，趣味探索，3D科学谷