陶瓷3d打印材料具有耐高温、强度高等优点,广泛应用于工业制造、生物医学、航空航天等领域。3D打印陶瓷原料的研发也成为制约3D打印陶瓷发展的一大因素,新型3D打印陶瓷3d打印材料的研发尤为重要。以下是一些仍在开发中的陶瓷3d打印材料。
1.氧化铝陶瓷
氧化铝是一种用途广泛的陶瓷3d打印材料原料,氧化铝陶瓷来源广泛,成本低廉,现已成为陶瓷行业中应用最广泛的原料之一。传统制备氧化铝陶瓷工艺复杂、耗时耗力,而3D打印陶瓷技术工艺简单、耗时短、可操作性强。利用3D打印技术生产氧化铝陶瓷可以大大缩短制备时间,提高产品精度,扩大应用领域。
在陶瓷3D打印工艺中,为了保证陶瓷坯体具有良好的力学性能,氧化铝材料一般与有机物混合制成浆料、粉料或与其他合金粉末混合制成粉料。
2.磷酸三钙陶瓷
磷酸三钙陶瓷,又称磷酸三钙,广泛存在于人体骨骼中,在医学领域被广泛用作骨修复的良好三维支架。还可用于预防和治疗缺钙。磷酸三钙的化学成分与骨非常相似,具有不可变性、生物相容性好的优点,能起到很好的骨传导作用。植入后的磷酸三钙具有良好的生物降解性,可以帮助机体更快的代谢。因此,这种材料的发展前景非常可观,受到人们的高度关注。
磷酸钙陶瓷3D打印技术的相关研究在国外已经开展。G.A.Fielding等人将磷酸钙与乙醇混合制成陶瓷浆料,并成功打印出来。同时,国内学者对磷酸钙陶瓷的生物活性也有深入研究。如林开利等人在磷酸钙陶瓷中添加生物活性元素,提高磷酸钙陶瓷的生物活性,对3D打印生物-陶瓷技术生物功能的提高起到了重要作用。
3.有机前体陶瓷
从有机前体合成陶瓷的技术发明于1960年。由前驱体制备陶瓷具有分子尺度设计、网络尺寸成型、分解温度低、高温性能稳定等一系列优点,可用于制备各种新型陶瓷。主要原理是通过有机前驱体(聚碳硅烷、聚硝基硅烷、聚硅氧烷等)的热降解制备陶瓷。).具体来说,其过程是有机小分子凝聚成有机大分子,大分子在热或光的催化下形成有机-无机中间体,即前驱体,然后前驱体进一步热裂解烧结形成陶瓷。
T.a .沙德勒等人将紫外光固化技术与3D打印技术相结合,打印出前驱体陶瓷,不仅实现了陶瓷的复杂形状和精细结构,还通过高温烧结使陶瓷收缩,从而制备出高密度的陶瓷。
4.氮化硅陶瓷
氮化硅陶瓷是一种高强度、低密度、耐高温的优良高温工程材料。其强度可在1200℃的高温下保持不降低,受热后不会熔化成熔体,直到1900℃才分解,具有极高的耐腐蚀性,也是一种高性能的电气绝缘材料。李采用三维打印和无压烧结技术制备了孔隙率大于70%的多孔硅。
5.碳化钛陶瓷
碳化钛陶瓷具有层状六方晶体结构,广泛应用于生物、医学等领域。碳化钛具有高导热性、高导电性、良好的延展性和塑性、高强度、稳定性、耐腐蚀性和
陶瓷3d打印材料的抗氧化性。Sun等利用3D打印与冷等静压技术制备出致密度较高的碳硅化钛陶瓷。