陶瓷的使用可以追溯到古希腊，最初是为了开发食品用的罐子或盘子而创建的，通常由在高达500度的温度下烧制的粘土制成。到19世纪末，这些材料的特性在工业中被发现：它们特别为电机提供有趣的热绝缘和电绝缘。由于其悠久的历史，陶瓷3D打印在市场上备受期待，因为陶瓷材料具有传统技术无法利用的机械性能和高分辨率几何形状。
根据MarketDigits 2024年4月发布的市场研究报告，2023年陶瓷3D打印市场价值为2.7亿美元，预计到2032年将达到26亿美元，在分析期间增长28.6%。这是一种不断发展的制造技术，与聚合物或金属工艺相比，仍然是一个利基市场。但陶瓷3D打印使得获得精确、耐用和技术性的零件成为可能，具体取决于所选材料。我们邀请您回顾陶瓷增材制造的基础知识及其在该领域的地位。
从历史上看，在谈论陶瓷材料制造时，粘土是最常用的材料，特别是因为它是一种天然材料，几乎在任何环境中都很容易找到。随着材料的发展，新的制造可能性已经出现。目前陶瓷有多种类型：最常见的是我们日常环境中使用的陶瓷，如餐具、瓷砖等。另一方面，我们有用于建筑的结构陶瓷，例如瓷砖或砖块；涂料用耐火陶瓷；最后是技术陶瓷，它汇集了具有高机械、耐热、化学和电阻性能的材料。
最后一个系列在增材制造领域特别受欢迎，因为它为使用它的行业提供了非常有趣的特性。必须考虑两个主要类别：氧化物和非氧化物，它们因其化学成分而具有不同的特性。这些技术陶瓷有多种形式：长丝、粉末、树脂，这将影响打印工艺的选择。其中最受欢迎的是氧化铝，它因其硬度和耐高温性而备受推崇。和氧化锆具有非常好的机械性能。
陶瓷3D打印工艺
粉末与陶瓷的粘接
20世纪90年代初，麻省理工学院发明了粉末粘合技术，随后被Z Corporation接管，Z Corporation于2012年被3D Systems收购。该技术包括使用粘合剂固化粉末-该技术的优点之一是能够生产完整的粉末。-没有打印支撑的彩色部件。粉末可以是陶瓷的，一层一层地形成所需的部件。
Tecnalia Research&Innovation是Destkop Metal粘合剂喷射机的用户，主要生产碳化硅零件。项目经理兼小组负责人Iñigo Agote证实：“烧结后，我们获得的零件密度与传统制造的商业零件相当。此外，材料的硬度和断裂强度也相似。”
陶瓷材料的立体光刻和光聚合
立体光刻技术是增材制造领域的另一种流行技术。她很晚才开始对陶瓷表现出兴趣，但现在已被广泛使用，提供了高水平的精度和细节。如果我们拓宽范围，DLP技术（使用视频投影仪而不是激光作为热源）也与陶瓷兼容。
就市场参与者而言，与粉末粘合工艺相比，还有更多——仅在法国，我们就可以引用光聚合陶瓷3D打印先驱之一的3DCeram，甚至Prodways。在工业机器领域，Lithoz、Admatec和3D Systems提供陶瓷树脂3D打印解决方案。最后，桌面3D打印机领域目前发展良好，我们可以谈论像Formlabs或Tethon 3D这样的制造商。目标是让陶瓷零件的设计变得更加简单且更加经济实惠。
材料挤出
材料挤出无疑是市场上应用最广泛的陶瓷3D打印技术之一。它包括沉积陶瓷材料层以形成零件或模型，遵循FDM技术的基础知识，但使用适合该材料的挤出机。它包括沉积陶瓷材料层以形成零件或模型，遵循FDM技术的基础知识，但使用适合该材料的挤出机。这些通常是为机器提供动力的聚合物或粘土，这使得它成为比前面提到的技术更实惠的技术。
如果我们观察粘土的使用，我们会发现各种各样的解决方案，从3D Potter提供的办公机器到Lynxter提供的技术性更高的机器，或者WASP提供的大幅面机器。选择取决于最终应用，就像增材制造中的通常情况一样。
在聚合物方面，您可以选择使用法国Nanoe提供的长丝的解决方案，或与颗粒兼容的机器。在这两种情况下，请考虑脱脂和烧结等后处理步骤。
纳米粒子喷射
该技术由以色列XJet公司开发，包括在含有陶瓷纳米颗粒的打印板上沉积数千个液滴。“NanoParticle Jetting™的关键始于其独特的液体分散方法。将包含构建和支撑材料的固体纳米粒子的液体悬浮液喷射到构建台上，以逐层制造详细的零件。Hanan Gothait解释说，液体悬浮液在密封盒中的交付和安装没有任何问题。我们的打印头的精度以及超薄层的使用创造了非常高的Z分辨率，可以轻松获得非常清晰的零件。如果我们希望3D打印陶瓷实现出色的尺寸形状和最佳公差，这一点非常重要。”
陶瓷3D打印的应用
陶瓷3D打印在许多行业中占有一席之地，并且已经证明了其优势。正如我们之前所解释的，某些技术陶瓷因其机械性能和热分布而特别令人感兴趣。事实上，根据所选择的陶瓷，您将能够获得比金属更耐高温的零件，同时优化重量。因此，它对于航空航天领域来说是一项经过验证的技术，但在温度方面受到严格的限制。此外，一些陶瓷非常耐腐蚀或具有良好的电绝缘性能。在应用方面，陶瓷3D打印使得设计卫星等通信系统的射频滤波器成为可能；用于制造涡轮机的更耐用的模具；工具和卫星零件。
陶瓷3D打印在医疗领域占有一席之地，它提供了设计定制植入物甚至精密手术器械的可能性。某些陶瓷实际上具有生物相容性和生物可吸收性，因此非常适合个性化植入物的设计。举例来说，3DCeram解释道：“增材制造可以控制陶瓷替代品孔隙的位置和几何形状，这与通过添加有机泡沫或致孔剂制成多孔的植入物不同。三维结构孔隙率和完全互连的孔的恒定直径促进了替代品的骨整合和机械强度。抗压缩机械阻力比传统多孔结构高三到五倍。植入物处理和定位过程中因微碎片脱落而导致术后炎症的风险显着降低。“
陶瓷3D打印的应用列表并不详尽：我们可以谈论它对艺术和雕塑的影响，这要归功于挤出机，它允许以精确和复杂的方式沉积粘土。在研究和开发中，这是一项特别有趣的技术。事实上，许多实验室和大学都投资了快速、廉价地生产原型。团队不断进行实验和测试，在此期间他们需要定制开发的组件。陶瓷3D打印提供了更大的灵活性，让您能够更有效地获得相关零件。最后，陶瓷3D打印通常用于设计铸造模具的型芯。
Hanan Gothait总结道：“该技术应该被充分接受，作为一种有效、必要、甚至首选的制造方法。3D陶瓷打印仍处于起步阶段，但增长迅速。这方面的主要驱动力是对零部件更高耐温性和强度的需求不断增加；金属有其局限性，而陶瓷的效果非常好。”
陶瓷3D打印的未来是什么？
不可否认，陶瓷3D打印将继续发展。但就像行业中采用的其他增材制造技术一样，获得完全接受也需要时间。材料无疑将发挥关键作用——技术陶瓷对工业非常有吸引力，但更传统的陶瓷也可以为更多艺术领域发挥作用。
陶瓷3D打印技术的普及已经开始，但制造商、服务和用户在采用该技术之前仍然必须考虑一些细节。XJet首席执行官表示：“要实现这一增长，需要解决一些重要的挑战，例如陶瓷工程师的培训计划。陶瓷市场的主要参与者（包括制造商、服务提供商和最终用户）采用这项技术是这一进步的关键一步。一旦这个过程开始，它将产生滚雪球效应，该技术将变得合法且非常受欢迎。”