中国粉体网讯 据最近发表在《先进材料》杂志上的论文，美国东北大学开发出一种可压铸成复杂零件的全陶瓷材料——快速热成型陶瓷。研究人员认为，未来这种全陶瓷材料可用于塑形，贴合到各种电子部件上，这种陶瓷将比目前使用的金属更薄、更轻、效率更高。
图片来源：美国东北大学
陶瓷拥有高强、高硬、耐腐蚀等优点，但同时其具有的硬和脆等特征，导致陶瓷成型速度慢、加工成本高、难度大，极大的妨碍了陶瓷材料的发展应用。而快速成型技术的出现，能大幅降低陶瓷产品的生产成本，提高生产效率。
快速成型的工作原理
快速成型技术（即RP）是集CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果。先借助三维CAD，或用实体反求工程采集得到有关原型或零件的几何形状、结构和材料的组合信息，从而获得目标的三维数据模型；然后将计算机内的三维数据模进行分层离散的得到各层截面的轮廓数据；之后将信息输出到计算机控制的机电集成制造系统。RP技术的各种成型工艺根据各自具体的工艺要求，控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结薄层的陶瓷粉末，形成一系列具有微小厚度的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体。
快速成型的特点
制造复杂零件。RP技术采用逐层堆积制备零件，可以不受零件形状和结构复杂程度的限制。
净型成型。RP技术制备的部件需要的后期辅助加工量减小，避免了外协加工的数据泄露和时间跨度，尤其适合一些高保密性的行业。
产品研制周期短。RP技术能使产品设计和模具生产并行，从而缩短产品设计开发的周期，加快产品更新换代的速度，特别适合小批量、复杂、异形产品的直接生产。随着互联网的发展，RP技术也更加有利于远程设计和远程制造。
应用领域广泛。RP技术制备的产品是自然无缝连接，结构之间的稳固性和连接强度要远高于传统方法，RP技术不仅在制造的原型制造、产品造型与模型设计领域，在医学和建筑工程领域都有着广阔的应用前景。
快速成型技术
1、立体光刻成型技术（SLA）
SLA技术目前是世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速成型方法。其已成功用于复杂结构致密/多孔陶瓷零件的制造，如整体型芯、微电子组件如传感器和光子晶体、生物医学人工支架和口腔修复等。
国外在有机前躯体光敏材料体系、光固化扫描方式和脱脂工艺等因素的影响方面取得了一些进展；国内从事SLA技术研究的机构也越来越多，主要研究单位是西安交通大学、深圳大学、广东工业大学等，在成型机理、浆料组分、控制成型工艺等方开展了大量的工作。
2、分层实体制造技术（LOM）
LOM又被称为层叠制备技术，能够将已经成型的陶瓷薄片，通过涂覆热熔胶等材料进行热压辊轮加热、压片和粘结的方法，将其与已经成型的工件粘结在一起，利用激光扫描器切割成型，反复操作后，直到所有截面粘结和切割成型，可得到实体零件。
LOM技术是最成熟的RP技术之一，具有制作效率高、速度快、成本低等优点，已广泛应用于复杂零件制造工作当中。用于LOM技术的陶瓷片材主要采用流延法制作，材质主要有Al2O3、SiC、Si3N4、和BaTiO3等。Klosterman等采用SiC粉体、炭黑、石墨粉末和高分子粘结剂作为原材料，通过流延法制成陶瓷薄片，进一步利用LOM技术，成功制备出防弹衣陶瓷素坯。
3、熔融沉积制造技术（FDM）
FDM技术具有成型系统尺寸小、成型材料广泛、成型速度快和无环境污染等特点，但其制件表面质量较差。
采用FDM工艺制备陶瓷件的工艺称为FDC，即将陶瓷粉和有机粘结剂相混合，用挤出机或毛细管流变仪做成丝后用FDM设备做出陶瓷件生胚，通过粘结剂的去除和陶瓷生胚的烧结的得到较高致密性的陶瓷件。
4、激光选区烧结技术（SLS）
SLS技术所用的成型材料均为粉末状材料，适合SLS的材料必须具有良好的热塑（固）性、适度的导热性、较窄的“软化-固化”温度范围，经激光烧结后要有足够的粘接强度。
一般SLS 制备的陶瓷件胚体密度较低，通过后期浸渍及温等静压工艺可以实现高密度陶瓷胚体的制备，进而烧结过得致密的材料。
5、三维打印技术（3DP）
与SLS 技术不同的是，3DP技术材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘结剂将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。
3DP工艺采用了打印技术中的喷墨方法，喷头不直接接触粉末表面的情况下，将零件的片层逐层粘接起来，该技术主要可以控制对孔隙率及对孔径分布的控制。
快速成型技术的应用与发展
RP技术最初主要应用在产品开发中的设计评价和功能试验上，借此缩短产品的开发周期、降低设计费。近几年来RP技术在修复医学上的发展迅速，主要集中在人工假体、人工活性骨及口腔修复等方面。
国外RP技术相对要比较成熟，美国已基本形成产业链。而国内发展较落后，还处于向产业化阶段迈进的时期。我国的RP技术还存在制造精度差、强度低和价格高等不足之处，另外就是维护费用也较高，这些因素也限制了RP技术的推广应用。但这并不能遮盖其快速制造复杂形状构件的优点，因此，其应用前景相当广阔。
参考来源：
张晓丽，李楠等：先进陶瓷材料快速成型技术研究进展
左开慧，姚冬旭等：应用于陶瓷材料的快速成型技术的发展
杨飞等人：陶瓷曝光快速成型工艺研究
财联社：新型陶瓷了解下？有望应用于电子产品 轻薄且散热更高效
（中国粉体网编辑整理/空青）
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