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2025
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行业新知丨填充策略对3D打印致密氧化锆陶瓷表面形貌和强度的影响
作者：
氧化锆基陶瓷由于其优异的机械性能，在制造业、化学工程和生物医学行业有着广泛的应用，然而，要获得用于先进工程应用的 3D 打印氧化锆陶瓷的最佳机械性能，仍然是一个重大挑战。近日，中国工程物理研究院材料研究所徐婷婷教授在《Ceramics International》发表了一篇题为《Effect of filling strategy on surface topography and strength of 3D–printed dense zirconia ceramics》的研究，他们使用直接墨水写入技术制备了具有不同填充策略的氧化锆陶瓷，并且研究得到了获得致密、表面形貌优良、力学性能优异的陶瓷的有效方法。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.01.190
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研究内容
在本研究中，使用直接墨水书写技术制备了具有不同填充策略的氧化锆陶瓷。研究了各种填充参数（包括喷嘴直径和打印方向）对烧结收缩演变、表面形貌和机械性能的影响。为确保机械测试的准确性，所有氧化锆陶瓷均致密烧结至相对密度超过 98 %。
以下是文章的研究方法及数据：
图1，3YSZ粉末和氧化锆墨水的粒度分布。
△图4，烧结样品及其三维地形表面形貌的图像。
△图 5.从3D地形图像测量的表面粗糙度值。
图 9 . (a–c) 0.5-AA 和 (d–f) 0.5-BB 样品的断口表面分析
结论
本文提出了基于直接墨水书写（DIW）的3D打印氧化锆陶瓷质量与力学性能优化方法。研究表明，减小喷嘴直径并选择合适打印路径，可显著提升侧面表面质量（Ra = 6.8 μm）并减少后处理需求；同时，采用0.5 mm喷嘴沿AA路径打印，可使抗弯强度达到973 MPa，与传统致密陶瓷相当。孔隙处应力集中减少及避免阶梯状裂纹扩展是实现高性能的关键因素。
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