【集萃網(wǎng)觀察】陶瓷噴墨打印成型技術(shù)是一種把計(jì)算機(jī)輔助制造（cAM）應(yīng)用于陶瓷成型中的新技術(shù)，是在計(jì)算機(jī)控制下多層打印逐層疊加制出三維陶瓷坯體。它在復(fù)雜單體陶瓷制造、有序成分復(fù)合材料制造、固體氧化物燃料電池制造等方面有很好的應(yīng)用前景。

　　一、陶瓷噴墨打印成型技術(shù)概述

　　隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，采用計(jì)算機(jī)輔助直接加工制造各種復(fù)雜形狀產(chǎn)品的技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。20世紀(jì)90年代初H.Marcus等人提出固體自由成型制造（SFF，solid freefol_m fabr-ication）新思路。該方法直接利用計(jì)算機(jī)CAD設(shè)計(jì)結(jié)果將復(fù)雜的三維立體構(gòu)件經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件切片分割處理，形成計(jì)算機(jī)可執(zhí)行像素單元文件，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)輸出的外部設(shè)備將要成型的陶瓷粉體快速形成實(shí)際的像素單元，一個(gè)一個(gè)單元疊加的結(jié)果即可直接成型出所需要的三維立體構(gòu)件。目前SFF技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為以下6種。

　�、偌す膺x區(qū)燒結(jié)法（SLS） 激光器產(chǎn)生的激光按計(jì)算機(jī)指定的路徑和區(qū)域掃描堆放的粉體表面，被掃描部位由于受熱使顆粒之間燒結(jié)，如此一層一層地重復(fù)此過(guò)程即可制出立體工件。

　�、趯悠�疊加成型法（LOM） 根據(jù)計(jì)算機(jī)分割成的像素幾何形狀，利用激光在薄片材料上切出實(shí)際對(duì)應(yīng)的像素單元，然后將這些單元按順序一層一層堆疊起來(lái)，即得到CAD所設(shè)計(jì)的工件的立體形狀。

　�、廴刍�覆蓋成型法（FDM） 把原材料制成的細(xì)絲喂入由計(jì)算機(jī)控制驅(qū)動(dòng)的熔化器中，熔體通過(guò)噴嘴擠出至成型平面上，如此一層一層覆蓋便可生成實(shí)際的三維立體工件。

　�、芰Ⅲw印刷成型法（SL） 利用紫外激光掃描感光單體使單體聚合，聚合深度由激光輻射量來(lái)控制，按計(jì)算機(jī)指令要求一層一層感光成立體工件。

　�、萑�維打印成型法根據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的兩維像素信息，利用噴嘴向待成型的陶瓷粉床上噴射結(jié)合劑，打完一層后在料床頂部添加新粉，再?lài)娊Y(jié)合劑，如此重復(fù)進(jìn)行，最后除去未噴射結(jié)合劑的粉料，即可得到要成型的立體工件。

　　⑥噴墨打印成型法將待成型的陶瓷粉制備成陶瓷墨水，通過(guò)打印機(jī)原理將這種陶瓷墨水直接打印到載體上成型，成型體的形狀及幾何尺寸由計(jì)算機(jī)控制。以上這些固體自由成型制造技術(shù)有些已經(jīng)在金屬和塑料制造上實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，將它們用于陶瓷制造上則尚處于開(kāi)發(fā)研究階段。如果能成功地將這些技術(shù)用在陶瓷制造上，則可能使陶瓷制造工藝發(fā)生革命性變化，但是，如何有效地堆積出尺寸精確的陶瓷坯體，選區(qū)燒結(jié)時(shí)燒結(jié)體中殘余應(yīng)力如何消除，以及如何保證燒結(jié)出致密的、不變形的陶瓷產(chǎn)品，這都是擺在陶瓷工作者面前的難題。陶瓷噴墨打印成型技術(shù)可應(yīng)用于固體氧化物電池的制造，多層顯微電路制造，結(jié)構(gòu)或壓電有序陶瓷復(fù)合材料制備，以及小體積高度復(fù)雜的整體陶瓷元件的制造。

　　二、國(guó)外噴墨打印成型技術(shù)的研究動(dòng)態(tài)

　　1.噴墨打印成型技術(shù)的歷史過(guò)程

　　噴墨打印成型技術(shù)是從三維打印成型技術(shù)發(fā)展而來(lái)，同時(shí)結(jié)合了用于文字輸出的噴墨打印機(jī)的原理。在三維打印成型技術(shù)中，所打印的介質(zhì)為結(jié)合劑，而陶瓷粉體本身則以松散狀態(tài)置于打印臺(tái)上，顯然，這種方法只能制備多孔陶瓷。噴墨打印是用打印機(jī)把陶瓷墨水一滴一滴沉積在由計(jì)算機(jī)控制的某一空間位置，進(jìn)而完成陶瓷成型。對(duì)這一技術(shù)的研究，英國(guó)布魯諾大學(xué)一直處于領(lǐng)先地位。1995年Blazdell等人首先用連續(xù)式噴墨打印機(jī)在不同材質(zhì)的底板上打出了10～110層的Zr02坯體。由于墨水揮發(fā)性不好，致使出現(xiàn)上層負(fù)荷把下層壓壞的現(xiàn)象，沒(méi)有打出理想的形狀。1996年Teng等人對(duì)墨水的沉積和黏度進(jìn)行了全面的最優(yōu)化研究。1997年Teng等人用連續(xù)式噴墨打印機(jī)打出了清晰的英文字。由于連續(xù)式噴墨打印機(jī)要求墨水有足夠大的導(dǎo)電性，為了滿(mǎn)足導(dǎo)電性要求就要加入足夠數(shù)量的導(dǎo)電鹽。導(dǎo)電鹽的存在使墨水中陶瓷粉懸浮分散性變差，從而大大降低了墨水中陶瓷粉末含量。Teng等人用稀懸浮液雖打出了英文字，但是還不能打出多層的陶瓷坯體。1998年Mott等人用按需噴墨打印機(jī)打出了1200層帶有方洞和懸臂的陶瓷坯體。采用石墨為I臨時(shí)支持物，1999年M01.t等人打出了1200層的zr02/A1203梯度陶瓷。