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《橡塑技术与装备》:陶瓷光固化 3D 打印技术研究进展及应用

《橡塑技术与装备》:陶瓷光固化 3D 打印技术研究进展及应用

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2022-11-16 15:17
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【概要描述】

《橡塑技术与装备》:陶瓷光固化 3D 打印技术研究进展及应用

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​本综述以“陶瓷光固化 3D 打印技术研究进展及应用”为题发表于《橡塑技术与装备》,主要对影响光固化陶瓷浆料性能的因素、 热处理工艺对陶瓷件机械性能的影响及陶瓷材料在牙科和骨科领域的应用进行总结。

原文链接: 

http://zz.xue1888.com/kcms/detail/detail.aspx?FileName=XJJZ202201002&DbName=CJFQ2022

  文章简介  

与传统加工方法相比,光固化 3D 打印技术具有个性化、定制化、高分辨率等优点,可满足陶瓷精细结构的成型,在陶瓷材料加工方面展示出很大的潜力。这里首先介绍了光固化 3D 打印技术及常见的陶瓷材料,从陶瓷浆料制备、素坯热处理工艺方面进行讨论。同时对该技术在生物医学领域特别是在骨科、齿科中的应用进行总结。

  研究背景  

3D 打印技术根据成型方式的不同可以分为以下几种 :立体光固化印刷(SLA)、数字光处理(DLP)、熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)和三维喷印(3DP)等。其中 SLA 技术及其衍生的DLP 技术相比于其他 3D 打印技术具有更高的打印分辨率,可用来制备高 清晰度及表面光滑的模型,并且不需要对表面进行机械后处理,从而在增材制造领域显示出巨大的潜力。
DLP 技术利用数字光投影仪屏幕作为光源,可以实现对整个面进行同时固化,大大缩短了打印时间,是一种很受欢迎的打印方式。另外,DLP 打印机根据光源位置可分为光源下置式和光源上置式,也可分别称为“ 自下而上 ” 和 “ 自上而下 ” 打印方式,如图 2 所示。由于光源下置式的打印模式需要的材料更少,而且使得固化层的厚度更精准,所以一般采用自下而上的方式。光固化 3D 打印技术可实现高精度、定制化、个性化的设计,为陶瓷材料的精加工提供了较好的技术手段,将该技术引入高科技陶瓷制造将解决模具依赖、 复杂形状及多种功能变化的零件制造困难等问题, 所以将陶瓷材料与 3D 打印技术结合必定是今后发展的趋势。目前,与金属和高分子材料相比,陶瓷材料在 3D 打印方面的应用稍显滞后,陶瓷件的性能与陶瓷浆料配方与后期处理工艺息息相关。

研究内容解读

1 影响光固化陶瓷浆料配制的因素

光固化 3D 打印主要是对陶瓷颗粒和光敏树脂的混合浆料进行固化成形,打印结束后再对打印件进行脱脂、热处理,得到具有最终性能和尺寸的致密陶瓷件。制备高固含、低黏度的光固化陶瓷浆料是光固化 3D 打印陶瓷成型的第一步,高固含可减小素坯后期热处理过程中的体积收缩,提高机械强度,但同时也会导致浆料黏度增大,无法确保打印顺利进行。因此,获得高固含量、低黏度的浆料是科研工作者的目标。通过选择合适的分散剂、树脂种类及改性粉体都可得到低黏度、高固含及优异流变性能的陶瓷浆料。

2 热处理工艺对陶瓷件机械性能的影响

陶瓷素坯后期的脱脂和烧结参数是影响最终样品力学性能和形貌的重要因素,确定最优的热处理参数是至关重要的。所以烧结温度对最终试样的形貌及力学性能具有很大的影响。烧结温度对最终试样的形貌及力学性能具有很大的影响。

3 光固化陶瓷材料在生物医疗领域的应用 

3D 打印以其高精度、个性化、可定制性、可快速制造复杂模型的特点,在医疗行业备受关注。不仅可利用陶瓷材料为患者制备特定的解剖模型、解剖学操纵等辅助工具,也可制备个性化、可控化学成分的特异性植入物并在植入物上加载活性物质。近年来,骨科修复用多孔生物支架,牙科修复用 ZrO2 陶瓷材料成为医疗领域研究的方向。
  1. 3.2 在齿科的应用

ZrO2 陶瓷作为临床冠桥修复材料之一 , 因其优秀的理化性能、良好的美学修复效果及稳定的生物相容性等诸多优点 , 被广泛应用于临床修复治疗。同时结合 3D 打印技术更为制备牙科陶瓷修复体提供了一个新的发展方向。DLP 技术可制备出具有足够精度 的 ZrO2 种植体,实现个性化定制,同时种植体力学性能与传统成型方法相近。虽然冠桥的力学性能和可靠性有待提高,但可以实现复杂氧化锆冠桥的个性化制造。陶瓷牙在口腔修复中具有很大的应用潜力。

——END——
参考文献:

[1]余刘洋,李丹杰,夏培斌,宋二然,苏艺帆,程杰,崔景强.陶瓷光固化3D打印技术研究进展及应用[J].橡塑技术与装备,2022,48(01):5-9.DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2022.01.002.

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关于奇遇科技

深圳奇遇科技有限公司成立于2015年,是一家以陶瓷增材制造技术为核心的高科技公司。

公司拥有以清华大学博士后、挪威科技大学海归博士等为主体的研发团队,致力于为客户提供完整的“陶瓷3D打印设备+陶瓷3D打印材料+陶瓷烧结工艺”整体解决方案!

目前,公司自主研发的一系列精细直写陶瓷3D4D打印设备,生物直写陶瓷3D打印设备,光固化陶瓷3D打印设备以及相关陶瓷3D打印材料,已服务清华大学、哈尔滨工业大学、北京科技大学、北京理工大学、西北工业大学、四川大学、国防科技大学、深圳大学、中国科学院、燕之屋丝浓食品等全球100+家顶尖科研院所

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