如何使用熔融擠出3D打印技術，實現精密陶瓷制造？

引言：據SmarTech分析公司發布的陶瓷快速成型制造(AM)市場報告《陶瓷快速成型零件生產：2019-2030年》分析與預測，隨著主流陶瓷增材制造技術的全面發展，并建立起足夠的系列化生產，陶瓷3D打印市場將在2025年后迎來一個拐點。在這個拐點之后，一旦市場完全從疫情的放緩中恢復過來，陶瓷增材制造應用市場的規模將增長三倍。到2030年，陶瓷增材制造市場的收入預估將達到48億美元。

圖 | 3D打印精密陶瓷市場預測

（圖片源自網絡） 

如今主流的陶瓷3D打印技術主要為分層實體制造(簡稱LOM）；熔融堆積（簡稱FFF）；形狀沉積成型（簡稱SDM）；立體光刻（簡稱SLA）；噴墨打印法(簡稱IJM）。其中SLA是目前使用最多的工藝生產技術，而在更為常見的FFF技術則受限于高性能陶瓷線材的開發的納米級工藝標準，目前全球僅有德國BASF和法國創新企業Nanoe 有相關產品，且價格較高，因此熔融堆積技術在陶瓷3D打印中所占的市場規模較小，主要被應用在5G精密制造和航空航天兩個方向，用戶包括航空發動機制造商賽峰公司（Safran）和精密陶瓷芯生產商Avignon Ceramic等。

法國Avignon Ceramic 運用FFF技術生產泡沫陶瓷濾芯

Avignon（阿維尼翁）是歐洲著名的陶瓷小鎮，法國Avignon Ceramic就坐落于此，是生產全球知名的高性能陶瓷制品生產企業，公司成立至今已150年，1990年開始引入CIM（陶瓷注射成型技術）。目前生產包括光纖陶瓷插芯，泡沫陶瓷濾芯等高精尖的陶瓷產品。

圖 | Avignon Ceramic生產的零件

（圖片來源：Avignon Ceramic官方網站）

在采用3D打印之前，他們一直使用傳統發泡方式生產氧化鋯泡沫陶瓷產品——一種主要用于高溫合金的金屬熔體過濾的陶瓷產品。首先用氧化鋯粉、高嶺土、長石等原料混合的陶瓷漿液給聚氨酯海綿陶瓷上漿，通過燒結去除聚氨酯，最終獲得多孔的陶瓷濾芯。這一過程不僅過程繁復，生產的產品品質也不太穩定。

其原因是在傳統的發泡過程中，由于發泡的中空部分的結構是隨機形成的，在燒結后容易產生一些薄而脆的陶瓷結構，在注入熔融金屬液體時，這些脆弱的結構可能因為壓力而破裂，反而使金屬熔體中摻雜進新的雜質。

圖 | 中空結構出現斷裂的陶瓷泡沫濾芯

（圖片源自網絡）

2018年在和Nanoe公司接洽后，Avignon Ceramic決定使用3D打印技術取代傳統的工藝， Nanoe向Avignon Ceramic推薦了當時剛剛上市的Raise3D Pro2 3D打印機。Avignon Ceramic在開始對于Nanoe推薦中國品牌的3D打印機表示不解，不過很快就為Pro2設備的性能所折服。Pro2最小噴嘴直徑可達0.2mm，最小層厚可精確至0.01 mm，且非常穩定。這幫助Avignon Ceramic 可以實現7/24不間斷地生產高性能陶瓷產品。

圖 | 正在打印陶瓷材料的Raise3D Pro2設備

自選擇Raise3D 3年以來，Avignon Ceramic一直保持使用FFF 3D打印技術來進行定制化濾芯生產，尤其是結構復雜又精細的泡沫陶瓷濾芯，其濾芯陶瓷致密度高達99%。得益于3D打印的優勢，Avignon Ceramic的產品設計師可以精確設計濾芯的支柱長度和孔徑，從而來控制金屬熔體的流量以及過濾精度，提高產品的功能性以及確保產品品質的穩定一致。

圖 | 3D打印的泡沫陶瓷濾芯

“Avignon Ceramic在陶瓷行業干了150年，為了幫助客戶找到完美的解決方案，我們充分發揮3D打印技術的優勢，為客戶提供定制化的濾芯產品。這不僅是行業的發展趨勢，定制化濾芯產品的生產效率也遠高于標準產品。我們很早就與Raise3D建立了合作關系，他們在3D打印領域的領先技術以及產品的穩定性幫助我們在早期探索階段解決了很多問題，我們將會在Raise3D的幫助下繼續深耕陶瓷鑄造行業，提升我們的創新力與市場競爭力。” 創新和研究業務經理Olivier Greck如是說道。

圖 | 3D打印的陶瓷濾芯

Raise3D Pro2的陶瓷打印，國內驚艷首秀

極致性價比、辦公室環境、簡單操作、高精度穩定可靠。憑借這四項優勢，在剛剛結束的第一屆陶瓷增材制造前沿科學家論壇(FAME2021)上，Raise3D Pro2攜手Nanoe Zetamix線材的首次亮相就引起了各個學校和科研院所的密切關注，與會期間，上海交通大學、北京工業大學、華南理工等等9所高校和科研機構就對此設備表示了購買意向。

圖 | FAME2021現場

法國Nanoe公司CEO Guillaume de Calan特別表示祝賀：“非常高興我們此次和Raise3D一起參加FAME，展示了我們的產品，并取得了這么高的關注。我們也很高興和Raise3D繼續保持良好的合作關系，通過這次活動，我們看到了未來市場的巨大潛力。”