怎么陶瓷也搞起3D打印来了?氧化铝这种陶瓷家伙,硬度高、耐磨、耐高温又耐腐蚀,那是工业圈里的全能选手。不过现在高端设备对零件尺寸和结构复杂程度要求太高,传统模具干这活儿太费劲,搞出来精度低、成本还高。好在增材制造(也就是3D打印)出来了,不用开模直接把材料一层层叠起来,省钱又省时间。 现在的工艺分了好几种。按原料形态分,有液体、粉末还有固体。因为液态浆料精度高、表面光滑、能做大尺寸,所以特别受研究的欢迎。至于那些用光线固化的技术,比如SL、DLP或者TPP,它们啥样的浆料都能对付,不管是稀得像水还是稠得像牙膏,这让它成了大家心目中最友好的打印路线。 SL是最早的那批技术之一:用紫外光或者电子束照着,让光敏树脂在细微处聚合固化,最后从点连成线再变成面一层层叠加起来。每层打完了,平台往下走或者刮刀刮平液面,接着打下一层,零件就这么“长”出来了。 但要想把这事干成,浆料得先过四道坎:流变性能得好(能流动也得能停止),长期放着不能沉降(颗粒要均匀悬浮),黏度要适中(既得挤出也得防止坍塌),分散还要均匀(不能结块)。要是浆料身体不好使,后面脱脂烧结的时候容易开裂,那就全白忙活了。 怎么把这粘度降下来呢?球磨时间是个关键:太短了颗粒太粗;太长了又会结块。大家通常用行星式球磨机磨4小时,这是个“刚刚好”的时间点。 还有固相含量也很重要:含量越高材料越致密也越黏。每升高5%,粘度就会指数级飙升。要想在高固相和低黏度之间找到平衡,就得在颗粒大小搭配、加分散剂、改粉体表面上一起使劲。行业里觉得这个含量起码得达到40%体积比才实用。 分散剂就是给粉体穿的一件润滑衣。以前常用脂肪酸类的分散剂效果挺好;现在高分子类的比如聚丙烯酸铵也火了起来,既能润湿又能助磨还能稀释稳定浆料状态。 再说说粉体粒径的事:加点大颗粒能减少单位体积里的颗粒数从而降低黏度;但太大了也不行得做实验找到那个黄金比例才行。 未来有两个大风口:一是5G、新能源汽车这些新兴市场需要大量的结构陶瓷——轴承、电子封装、滤波器还有MLCC、LTCC这些都火着呢;二是国产替代呼声很高——贸易摩擦让大家重视起被卡脖子的粉体问题了,国产氧化铝、氮化硅、碳化硅的含量正以每年两位数的速度涨上去。 说到底还是浆料决定成败:越复杂精密的零件设计越受欢迎。光固化这条路子的附加值正在变大。只有把黏度、固相含量、分散剂和粒径这四个参数全都把控好了,才能让技术真正发挥出“自由成型”的魔力,把高性能陶瓷带进各行各业去。