Development and Application of Additive Manufacturing of Advanced CeramicMaterials

（The 13th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation）

Abstract： The research and application of additive manufacturing （AM） have developed rapidly over the last 30 years. Different fromtraditional processes，AMcould realize the processng ofvarious materials andcomplex structures.The paper brieflyanalyzes thecharacteristics ofadvanced materialsandthetraditional processes.Then itintroduces thehistorical developmentofAM，anddelineates thesevenmajortypesofAMprocesses andrelevantresearch.Thepaper furtheranalyzes theapplications oftheadvanced ceramicAMin diferent fields.Byacelerating the fundamental research intermsof materials，technologies，theories，computer-aided designandsimulation，as wellas increasing the economyandequipment investment， the application of ceramicAMcan be promoted invarious fields.

Keywords：advanced ceramic; additive manufacturing;application

0 引言

型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)材料堆積的方式制造零件或?qū)嵨锏墓に嘯1-2]。增材制造在過(guò)去的30年內(nèi)迅猛發(fā)展，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)數(shù)字化制造的新時(shí)代。增材制造被增材制造（又名3D打?。┍欢x為以三維模認(rèn)為是繼蒸汽機(jī)、計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)之后的又一次工業(yè)革命3]。與傳統(tǒng)的機(jī)加、鑄造、鍛壓等工藝不同，增材制造依照計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型，逐步逐層地添加和堆積材料，最終構(gòu)建一個(gè)復(fù)雜幾何外形、包含內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維零件，可以進(jìn)行原型和最終產(chǎn)品的加工。增材制造工藝可以涵蓋多種類型的材料，如高分子、金屬、陶瓷、玻璃和復(fù)合材料等，針對(duì)各類材料可以選擇不同的增材制造工藝。由于先進(jìn)陶瓷材料比金屬、高分子等具有更優(yōu)異的性能，使得先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷零件或產(chǎn)品應(yīng)用于幾乎各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。本文主要介紹了先進(jìn)陶瓷材料、增材制造的歷史、近期進(jìn)展、相關(guān)工藝、相關(guān)應(yīng)用及未來(lái)展望。

1先進(jìn)陶瓷材料

先進(jìn)陶瓷作為新材料的一個(gè)重要部分，已成為許多高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵材料[4-5]，按照性能和用途可分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩大類。其中結(jié)構(gòu)陶瓷具有比金屬和高分子材料優(yōu)異的高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性、高模量、耐高溫和耐腐蝕等性能；功能陶瓷具有聲、光、電、超導(dǎo)、生物兼容性等優(yōu)異的功能特性[-7]。為了實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)異的性能，先進(jìn)陶瓷材料的相對(duì)密度需要超過(guò) 95% ，甚至高達(dá) 98%^[8] 。因此先進(jìn)陶瓷被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、國(guó)防、醫(yī)學(xué)、能源、化工、冶金等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域9-]。表1列舉了部分先進(jìn)陶瓷材料的種類、性能和應(yīng)用[12-13]。

先進(jìn)陶瓷材料有一些成功商業(yè)化的成型方法，例[14-15]如，流延、干壓、擠出、注射、注漿、注凝等方法這些傳統(tǒng)成型工藝只具有二維的設(shè)計(jì)自由度，并不能或很難進(jìn)行內(nèi)部的或多尺度的零件特征加工，并且需要復(fù)雜和高成本的模具[。流延工藝在成形過(guò)程中，只能控制流延帶料的厚度，還需要進(jìn)行后續(xù)的疊片、層壓和燒結(jié)等工序[7-1]。干壓[和擠壓[方法只能成形簡(jiǎn)單外形的零件，如棍、棒、管或盤等。注射[21、注漿[22]、注凝[23]等方法可以實(shí)現(xiàn)最大的尺寸設(shè)計(jì)自由度。但以上這些成型方法只能加工均質(zhì)材料，不能實(shí)現(xiàn)異質(zhì)材料加工。從陶瓷粉體或漿料到具有特定性能或功能的多晶陶瓷制品需要經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)過(guò)程。燒結(jié)是一個(gè)粉末發(fā)生擴(kuò)散傳質(zhì)進(jìn)而致密化，使得陶瓷具有最終的穩(wěn)定形狀、均勻顯微結(jié)構(gòu)、優(yōu)異成品性能的過(guò)程。表2對(duì)各種成形方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單地對(duì)比 [[24] 。

2 先進(jìn)陶瓷材料的增材制造工藝

2.1增材制造的發(fā)展

早期的增材制造主要表現(xiàn)在科學(xué)家產(chǎn)生的技術(shù)思想上，直到20世紀(jì)80年代才逐步出現(xiàn)相關(guān)專利，進(jìn)而促進(jìn)增材制造技術(shù)出現(xiàn)根本性的發(fā)展。1980年，日本名古屋市工業(yè)研究所的KODAMA發(fā)明了光固化工藝并申請(qǐng)了專利“立體圖形繪制設(shè)備”[8，25] 。1984年，HULL申請(qǐng)專利并第一次把增材制造技術(shù)成功商業(yè)化[2]。1986年，DECKARD等申請(qǐng)了選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)的專利[27]，基于此技術(shù)成立了DMT公司，后來(lái)被3DSystems收購(gòu)。1988年，F(xiàn)EYGIN研發(fā)出了薄材疊層技術(shù)，并申請(qǐng)了專利[28]。1989年，CRUMP2基于熔融沉積成型技術(shù)并建立了Stratasys公司。SACHS等[3]發(fā)明了粘結(jié)劑噴射技術(shù)并授權(quán)給商業(yè)公司。

2016—2018年，中國(guó)3D打印機(jī)廠商（如：創(chuàng)想三維Creality，縱維立方Anycubic，鉑力特BLT，先臨三維Shining3D，光韻達(dá)等）逐漸開(kāi)始制造與第三代Prusa類似的3D打印機(jī)，并迅速爭(zhēng)相模仿或獨(dú)立開(kāi)發(fā)零部件。近年來(lái)，結(jié)構(gòu)材料的增材制造受到越來(lái)越多研究者的親睞，相關(guān)的研究和成果發(fā)表在諸多期刊雜志上，圖1表達(dá)的是1980—2024年以“增材制造”為關(guān)鍵詞搜索相關(guān)文章的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

2.2先進(jìn)陶瓷材料的增材制造工藝

與可3D打印的高分子、金屬材料不同，由于陶瓷材料大多具有很高的熔點(diǎn)，因此陶瓷的增材制造就顯得困難得多，陶瓷材料的增材制造發(fā)展就相對(duì)滯后。而且可用于增材制造的陶瓷原料需要制成合適的粉體或漿料形式。國(guó)標(biāo)GB/T35351—2017和ISO/ASTM52900：2021給出了增材制造的定義[-2]，并確立了增材制造的7大類工藝方法：立體光固化、粉末床熔融、粘結(jié)劑噴射、材料噴射、薄材疊層、材料擠出、定向能量沉積。

（1）立體光固化（StereoLithography，Vat Photopolymerization）

SL技術(shù)是采用光敏樹(shù)脂和陶瓷粉體來(lái)制備漿料，樹(shù)脂在紫外光的照射下發(fā)生光聚合固化反應(yīng)，從而制得所需的陶瓷坯體，最后通過(guò)其他方式如燒結(jié)來(lái)去除樹(shù)脂，得到致密的陶瓷件。圖2（a）是立體光固化技術(shù)的示意圖。SL技術(shù)具有打印系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成型精度高、打印構(gòu)件表面光滑、容易實(shí)現(xiàn)高致密化燒結(jié)等優(yōu)勢(shì)，非常適合制備微小、形狀復(fù)雜的陶瓷零部件；缺點(diǎn)主要是光敏樹(shù)脂價(jià)格比較貴且具有一定毒性。

王文俊[3等研究了基于SL技術(shù)制作的氧化鋯樣品的機(jī)械、生物性能，彎曲強(qiáng)度達(dá)到962.24±83.02MPa. ，氧化鋯全瓷冠的生物安全性、臨床適合性能初步滿足臨床要求。DING[32等詳細(xì)研究了顆粒尺寸、固含量、光固化參數(shù)、光引發(fā)劑種類和濃度對(duì)SiC漿料固化能力的影響；最終成功制備了高精度、高質(zhì)量、復(fù)雜形狀的陶瓷件。裘蕓寜[33]等利用SL技術(shù)實(shí)現(xiàn)了氧化鋁和氧化硅陶瓷壞體的制備，氧化鋁漿料對(duì)光能量的衰減能力強(qiáng)于氮化硅，但更易被激發(fā)固化反應(yīng)。ZHANG[34]等采用SL技術(shù)制備了3Y-TZP增強(qiáng)的 Zr0₂ 陶瓷制品，當(dāng)3Y-TZP含量為 7.5vol% 時(shí)，陶瓷樣品的相對(duì)密度和彎曲強(qiáng)度分別達(dá)到最大值 96.40% ， 306.53MPa 圖2（b）是利用立體光固化技術(shù)制備的陶瓷件制品。

（2）粉末床熔融（PowderBedFusion）

PBF早期稱為選擇性激光燒結(jié)（SelectiveLaserSintering）或選擇性激光熔融（SelectiveLaserMelting），是通過(guò)熱能選擇性地熔化/燒結(jié)粉末床區(qū)域的增材制造工藝。利用高能激光束逐層熔化/燒結(jié)預(yù)先鋪置在工作臺(tái)上的薄層粉體來(lái)成型復(fù)雜零部件，具有精細(xì)度高和無(wú)需模具快速成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)等突出優(yōu)勢(shì)。圖3（a）是粉末床熔融技術(shù)的示意圖。然而由于SLM成型陶瓷零部件過(guò)程中溫度變化范圍過(guò)大，速度過(guò)快，產(chǎn)生的應(yīng)力較大，使陶瓷零部件極易產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷，從而嚴(yán)重制約了該技術(shù)在陶瓷快速成型領(lǐng)域的應(yīng)用[35]

王蔚3等研究了SLS工藝參數(shù)對(duì) Al₂O₃/SiO₂/ ZrO₂ 復(fù)合陶瓷燒結(jié)質(zhì)量的影響，結(jié)果表明工藝參數(shù)對(duì)成形表面形貌的影響程度的關(guān)系為：掃描速度 gt; 搭接量 gt; 激光功率。最終實(shí)現(xiàn)了在不添加粘

結(jié)劑、不作任何后處理的情況下激光燒結(jié)復(fù)合材料，氣孔較少且密度達(dá)到 3.72g/cm³ WILKES[]等制備了 100% 相對(duì)密度的 Zr0₂/Al₂O₃ 陶瓷樣品，采用連續(xù)波長(zhǎng)的Nd：YAG激光對(duì)樣品進(jìn)行加熱熔融，不需要后續(xù)的任何燒結(jié)過(guò)程。在SLM過(guò)程中，將材料預(yù)熱至 1600^dC 以上，可以防止裂紋的形成和擴(kuò)展，最終制得彎曲強(qiáng)度高于 500MPa 的陶瓷樣品。熊志偉[38]等采用激光粉末床熔融技術(shù)成形了Al2O3-ZrO2共晶陶瓷，隨著激光功率的增加，陶瓷的表面粗糙度和氣孔率先降低后升高，微觀組織呈現(xiàn)類細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)，在功率P為60W時(shí)，陶瓷樣品具有最優(yōu)的顯微硬度和斷裂韌性，分別是17.19GPa和 16.67MPa?m^1/2 。圖3（b）是研究者利用粉末床熔融技術(shù)制備的陶瓷件制品[35]

（3）粘結(jié)劑噴射（BinderJetting）

BJ技術(shù)是通過(guò)輥輪將鋪展的粉料壓平，按照計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)將液態(tài)粘結(jié)劑選擇性的噴射在指定的粉料位置，得到成形后的生壞最后進(jìn)行致密化處理的增材制造技術(shù)。圖4是粘結(jié)劑噴射技術(shù)的示意圖。優(yōu)點(diǎn)是效率較高、成本較低、使用材料范圍廣泛、打印結(jié)構(gòu)無(wú)需支撐。缺點(diǎn)是高精度成形對(duì)噴頭的要求較高，成形的生壞強(qiáng)度較差。

GONZALEZ[等采用BJ技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)如材料層厚度、顆粒尺寸、燒結(jié)曲線，制備了相對(duì)密度達(dá)到 96.51% 的Al2O3高致密度陶瓷樣品。樣品的平均抗壓強(qiáng)度為 131.86MPa 20Hz 至1 MHz 下的介電常數(shù)為9.47至 5.65 。KUNCHALA[40]等在液態(tài)粘結(jié)劑中添加了 50nm 的顆粒，以期增加氧化鋁生壞的密度。納米顆粒濃度從0增加至 15wt.% ，樣品的相對(duì)密度提高了 30% ，顆粒間孔洞降低，抗壓強(qiáng)度從 76kPa 提高至 641kPa 。胡時(shí)東[4等采用BJ技術(shù)結(jié)合液硅反應(yīng)熔滲技術(shù)制備了不同碳化硅晶須含量的SiCw/SiC復(fù)合材料。當(dāng)SiCw含量達(dá)到 7.5vol.% 時(shí)，材料的彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性達(dá)到最大值分別是215.29MPa 和 3.25MPa?m^1/2 。趙巍2等引入氮化硅和真空浸滲硅溶膠實(shí)現(xiàn)了渦輪葉片鑄造Al2O3陶瓷型芯性能的提升。

（4）材料噴射（MaterialJetting）

MJ技術(shù)將材料以微滴的形式，通過(guò)噴墨3D打印機(jī)按需噴射，噴嘴直徑在 20～75μm 。圖5（a）是材料噴射技術(shù)的示意圖]。MJ技術(shù)要求陶瓷懸浮液具有足夠低的粘度以避免噴頭被堵塞，但是陶瓷壞體要求足夠的固含以保證能制得致密化的樣品，采用 100nm 以下的超細(xì)粉體顆粒，可以促進(jìn)陶瓷樣品的致密化。陶瓷墨水的制備是陶瓷噴墨打印的關(guān)鍵技術(shù)之一，陶瓷墨水中要加人不同功能的添加劑，通常包括陶瓷粉體、溶劑、分散劑、結(jié)合劑、表面活性劑等[43]。

SEERDEN[44]等制備了含 vol.%Al2O3（平均粒徑為 400nm ）的石蠟陶瓷墨水，活性劑是 0.652wt.%～1.2 wt. % HypermerLP1、0.332wt.%～1.2wt.% 硬脂胺。圖5（b）是采用 30vol% Al2O3漿料打印的未燒制的陶瓷樣品，顯示具有良好的打印分辨率[4]。WANG[5]等采用噴墨打印成功制備了PZT陶瓷樣品，PZT墨水固含為 ，陶瓷樣品經(jīng)燒結(jié)后完全致密化，氣孔率低于 1% 。周振君[46]等采用機(jī)械混合和溶膠凝膠方法制備了用于連續(xù)噴墨打印的BaTiO4陶瓷墨水，研究了制備工藝參數(shù)對(duì)陶瓷墨水的物化性能和流變特性的影響。

（5）薄材疊層（SheetLamination）

薄材疊層又稱為分層實(shí)體制造（LayeredObjectManufacturing），將預(yù)先成形（通常是通過(guò)流延方法制備）的陶瓷片材、帶料，經(jīng)過(guò)分切、疊層進(jìn)而制成三維零部件。圖6（a）是分層實(shí)體制造技術(shù)的示意圖。

WEISENSEL[47]等通過(guò)LOM技術(shù)制備了可以模仿天然細(xì)胞材料的仿生SiSiC陶瓷復(fù)合材料。GOMES[48]等以流延方式制備了用于LOM技術(shù)的Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3的生瓷帶料，研究了水基陶瓷漿料的流變特性和生瓷帶料的力學(xué)性能。漿料的最高固含可達(dá)到 72wt.% 。生瓷樣品經(jīng) 700‰ 的燒結(jié)后，沒(méi)有明顯的表面缺陷。圖6（b）是用Li2O-Zr0_2-SiO2-Al2O3 材料制備的齒輪[48]。張耿[4]等將LOM制備的壞體置于冷凍干燥機(jī)中干燥得到陶瓷生坯，并分析了激光加工參數(shù)和漿料固含量對(duì)激光掃描過(guò)程的影響。金熙原提出了一種多孔陶瓷凍結(jié)漿料分層實(shí)體制造新方法，利用低溫銑削技術(shù)對(duì)二維切片圖形的外圍輪廓進(jìn)行銑削成型。

（6）材料擠出（MaterialExtrusion）

材料擠出成形，是將高固含的陶瓷漿料通過(guò)機(jī)器噴嘴或孔口擠出，按照設(shè)計(jì)圖形一層一層地加工成最終形狀的制品。圖7（a）是分層實(shí)體制造技術(shù)的示意圖[8]。

RUESCHHOFF5等利用低成本的商用材料擠出打印機(jī)值得了致密化的氧化鋁樣品，在所采用的實(shí)驗(yàn)方案中，含有55 vol.% （204號(hào) Al₂O₃ 、 4.2vol.% Darvan821A型分散劑、 PVP增塑劑的配方漿料可以制得最好的樣品，經(jīng)燒結(jié)后相對(duì)密度可達(dá)98% 以上。FRANCHIN[52]等制備了適合材料擠出成形的SiC基復(fù)合材料墨水，擠出的線條直徑小于1mm ，纖維含量大于 30vol.% 。SiC中添加的纖維可以有效減少因后續(xù)處理工藝導(dǎo)致的開(kāi)裂等缺陷。圖7（b）是采用材料擠出技術(shù)制備的陶瓷件[52]。楊建明53]等研究了擠出口內(nèi)徑、層高和打印速度對(duì)漿料擠出式增材制造過(guò)程及打印質(zhì)量的影響，獲得了合適的工藝參數(shù)，擠出口內(nèi)徑 0.6～0.8mm， 層高 0.6mm 左右、打印速度 20mm/s 、打印件的內(nèi)外最大傾斜角度為 40^° 、打印平面內(nèi)的最小角度為 30^° 。

（7）定向能量沉積（Directed Energy Deposition）

利用聚焦熱能將材料同步熔化沉積的增材制造工藝。圖8是定向能量沉積技術(shù)的示意圖 [8]

NIU[54]等利用DED技術(shù)制備了Al2O3、 Al₂O₃/ ZrO2和Al2O3/YAG陶瓷樣品，發(fā)現(xiàn) ZrO₂ 和Y203可以有限減少陶瓷樣品中的裂紋，并可以細(xì)化晶粒。吳東江[55] 等開(kāi)展了Al2O3-TiCp復(fù)相陶瓷材料的DED增材制造研究，探討了不同TiCp比例對(duì)復(fù)相陶瓷材料微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響；結(jié)果表明TiCp顆粒均勻分布在基體中，細(xì)化了Al2O3晶粒。夏熙珍[56]等采用DED技術(shù)制備了Ti金屬 /Zr0₂-Al₂0₃ 復(fù)合陶瓷梯度材料，研究了顯微組織、元素分布及顯微硬度的變化。結(jié)果表明Al203為 時(shí)，硬度最高達(dá)到 1344.5HV0.2 ，隨著Al2O3含量增加，金屬相和陶瓷相混合更加均勻。

3先進(jìn)陶瓷材料的應(yīng)用

先進(jìn)陶瓷材料的增材制造研究持續(xù)升溫，應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在航空航天、軍事、生物醫(yī)學(xué)、機(jī)械與加工、電子元器件與設(shè)備、核與核工業(yè)、珠寶與藝術(shù)等領(lǐng)域。近20多年，先進(jìn)陶瓷材料的市場(chǎng)規(guī)模以平均 7%～9% 的速度增長(zhǎng)，表3展示了在不同的應(yīng)用領(lǐng)域所占的比例 [[57]

在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，部分先進(jìn)陶瓷材料及其制品具有與骨骼和牙齒等相近的成分、良好的生物兼容性、化學(xué)惰性以及優(yōu)異的力學(xué)性能，非常適合應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，作為骨骼、牙齒等的替代材料。 SHI^[58] 等采用Inkjet3D打印技術(shù)了氧化鋯基的陶瓷牙齒，詳細(xì)研究了氧化鋯陶瓷墨水的性能和打印參數(shù)。經(jīng) 1500‰ 燒結(jié)后的樣品，其力學(xué)性能滿足了ISO13356：2015（E）標(biāo)準(zhǔn)的要求。

DIENEL5等提出了一種多孔支架的增材制造方法，采用了含聚三亞甲基碳酸酯和β磷酸三鈣的可生物吸收材料。陳清華利用光固化3D打印技術(shù)制備了基于絲瓜內(nèi)絡(luò)結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石陶瓷仿生骨修復(fù)支架，從熱分析、細(xì)胞毒性試驗(yàn)、動(dòng)物體內(nèi)植入3個(gè)方面展開(kāi)評(píng)估研究。

在電子元器件應(yīng)用領(lǐng)域，小型化、輕量化、高度集成化和低成本是發(fā)展的趨勢(shì)。比如：在微波通信系統(tǒng)，天線、濾波器和功率器件的制造過(guò)程需要將加工好的元件組裝起來(lái)形成一個(gè)功能性的終端或部件。而增材制造技術(shù)的發(fā)展可以提供一個(gè)輕量化、快速組裝和高度集成的替代方案。BUERKLE等采用陶瓷光固化成型技術(shù)，制備了一個(gè) 8×8 的介質(zhì)諧振器陣列天線。DELHOTE [62]等首次采用陶瓷光固化技術(shù)制備了 ZrO₂ 和Ba3ZnTa2O9陶瓷的帶通濾波器，并對(duì)其在Ka波段的工作性能進(jìn)行了研究。由于微波電子器件對(duì)產(chǎn)品的尺寸精度、強(qiáng)度、剛度和粗糙度具有更嚴(yán)格的要求，因此陶瓷的增材制造還需這些方面進(jìn)一步研究和提高以滿足微波電子器件的需求。

在航空航天領(lǐng)域，增材制造技術(shù)的應(yīng)用有助于提升設(shè)計(jì)自由度、高功能性、高的生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的輕量化。陶瓷復(fù)合材料作為屏蔽材料，增材制造可以實(shí)現(xiàn)輕量化、提高其熱力學(xué)性能。DELFINI]等提出了一種雙層的吸波材料結(jié)構(gòu)，外層采用了碳基納米復(fù)合材料多層板，可以實(shí)現(xiàn)微波的吸收；內(nèi)層采用了碳基陶瓷材料，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部提供適宜的溫度。SiC陶瓷材料憑借其比剛度大、熱導(dǎo)率高、熱變形系數(shù)小以及穩(wěn)定性好的優(yōu)異性能，成為大口徑輕量化空間光學(xué)反射鏡及支撐結(jié)構(gòu)的理想材料。閆春澤4等提出一種大型復(fù)雜高強(qiáng)度的SiC構(gòu)件多激光SLS增材制造新思路，采用SLS或3DP增材制造工藝整體成型大型復(fù)雜Cf/C復(fù)合材料構(gòu)件，并獲得相應(yīng)專利。

4結(jié)語(yǔ)

本文介紹了先進(jìn)陶瓷材料及其增材制造技術(shù)，增材制造技術(shù)的發(fā)展逐步成熟，它的持續(xù)發(fā)展驅(qū)動(dòng)力來(lái)自這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)的靈活性和自由度。與金屬和高分子的增材制造相比，高性能復(fù)雜陶瓷零部件的生產(chǎn)制造成為限制陶瓷材料應(yīng)用的主要矛盾。增材制造技術(shù)在陶瓷材料方向的研究和應(yīng)用，可以將陶瓷零部件的研制提升一個(gè)新的高度。陶瓷材料的加工難度也使得新技術(shù)的研究和應(yīng)用遇到新的挑戰(zhàn)，雖然陶瓷材料的增材制造已經(jīng)突破很多的困難，但其原型的靈活制造和工藝廣泛應(yīng)用上還處在研究和發(fā)展階段。我們需要加快在材料、技術(shù)、理論、裝備和輔助設(shè)計(jì)仿真等各方面的基礎(chǔ)研究和經(jīng)濟(jì)、設(shè)備投人，促進(jìn)陶瓷材料增材制造在航空航天、生物醫(yī)療、電子信息和民生各領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 全國(guó)增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).增材制造術(shù)語(yǔ)：GB/T 35351-2017[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[2] ISO/ASTM Internal 2021. Additive manufacturing - General principles-Fundamentals and vocabulary： ISO/ASTM 52900：2021（E）[S]. Switzerland：ASTM International，2021.

[3] A Third Industrial Revolution[OL].The Economist， 2012[2025-02-17]. https：//www.economist.com/ node/21552901/print.

[4] 王零森.特種陶瓷：第2版[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版 社，2005.

[5] KINGERYWD，BOWENHK，UHLMANNDR.陶瓷導(dǎo) 論：第2版[M].清華大學(xué)新型陶瓷與精細(xì)工藝國(guó)家重點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)室，譯.北京：高等教育出版社，2010.

[6] 宋濤，寧小亮，李伶，等.國(guó)內(nèi)外先進(jìn)陶瓷發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) [J].山東陶瓷，2016，39（3）：19-23.

[7] 張偉儒，李伶，王坤.先進(jìn)陶瓷材料研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) [J].新材料產(chǎn)業(yè)，2016（1）：2-8.

[8] PELZJS，KUN，MEYERSMA，etal.Additive manufacturingofstructuralceramics：ahistorical perspective[J].Jornal ofMaterials Research and Technology，2021，15：670-695.

[9]GAO W， ZHANG Y， RAMANUJAN D， et al. The status， challenges，and future of additive manufacturing in engineering[J].CAD Comput Aided Design， 2015（69）：65- 89.

[10] 謝志鵬，許靖堃，安迪.先進(jìn)陶瓷材料燒結(jié)新技術(shù)研究進(jìn) 展[J].中國(guó)材料進(jìn)展，2019，38（09）：821-830，886.

[11] LIU G， ZHANG X F， CHEN X L，et al. Additive manufacturing of structural materials[J]. Materials Science amp; Engineering R，2021（145）：100596.

[12]孫彬.淺析先進(jìn)陶瓷材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].科 技資訊，2017，15（27）：217-218.

[13]程優(yōu)優(yōu).簡(jiǎn)述先進(jìn)陶瓷材料的研究進(jìn)展與應(yīng)用趨勢(shì)[J]. 中國(guó)粉體工業(yè)，2018（2）：17-20.

[14] RIEDEL R，CHEN I W. Ceramic science and technology： volume 3 synthesis and processing[M].Weinheim：WileyVCH， 2012.

[15]CARTER CB，NORTON MG. Ceramic materials： science and engineering[M].2nd ed. New York： Springer， 2013.

[16]TRAVITZKYN，BONETA，DERMEIKB，et al. Additive manufacturing of ceramic-based materials[J]. Advanced Engineering Materials， 2014，16（6）：729-754.

[17]李冬云，喬冠軍，金志浩.流延法制備陶瓷薄片的研究進(jìn) 展[J].硅酸鹽通報(bào)，2004（2）：44-47.

[18]宋占永，董桂霞，楊志民，等.陶瓷薄片的流延成型工藝概 述[J].材料導(dǎo)報(bào)，2009，23（5）：43-46.

[19]李皓.MgO-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷材料結(jié)果與性能優(yōu)化 研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2016.

[20]周婧，段國(guó)林，盧林，等.陶瓷漿料微流擠壓成形關(guān)鍵問(wèn)題 研究[J].中國(guó)機(jī)械工程，2015，26（22）：3097-3102.

[21] 林健涼，曲選輝，范景蓮，等.陶瓷粉末注射成形中的關(guān)鍵 影響因素[J].硬質(zhì)合金，2001，18（2）：99-104.

[22]周軍，潘裕柏，李江，等.無(wú)水乙醇注漿成型制備YAG透明 陶瓷[J].無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)，2011，26（03）：254-256.

[23]王鵬舉，吳玉萍，應(yīng)國(guó)兵，等.凝膠注模技術(shù)制備高強(qiáng)度多 孔氮化硅陶瓷[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2014，42（12）：1496-1500.

[24] 韓勝?gòu)?qiáng)，范鵬元，南博，等.先進(jìn)陶瓷成形技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展 趨勢(shì)[J].精密成形工程，2020，12（05）：66-80.

[25] KODAMA H. Stereocsopic figure drawing device： JPS56144478A[P]. 1980.

[26] HULL C W.Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography：US4575330[P].1986-3-11.

[27]DECKARDCR，BEAMANJJ，DARRAHJF， etal. Method for selective laser sintering with layerwise crossscanning： US5155324[P]. 1992-10-13.

[28] FEYGIN M.Apparatus and method for forming an integral object from laminations： US4752352[P].1988-6-21.

[29] CRUMP S S. Apparatus and method for creating threedimensional objects： US5121329[P].1992-6-9.

[30] SACHS E M. Three-dimensional printing techniques： US5204055[P]. 1993.

[31] 王文俊，錢超，阿地力江·依米提，等.立體光固化快速成 型氧化鋯全瓷冠的實(shí)驗(yàn)研究[J].口腔頜面修復(fù)學(xué)雜 志，2018，19（05）：257-261.

[32] DING G J，HE RJ， ZHANG K Q，et al.Stereolithographybased additive manufacturing of gray-colored SiC ceramic green body[J]. Journal of the American Ceramic Society， 2019，102（12）：7198-7209.

[33]裘蕓寧，胡可輝，呂志剛.基于光固化增材制造技術(shù)的陶 瓷成形方法[J].精密成形工程，2020，12（5）：117-121.

[34] ZHANG K Q， HE R J， DING G J， et al. Digital light processing of 3Y-TZP strengthened Zr0₂ ceramics[J]. Materials Science and Engineering：A，202O（774）：138768.

[35] CHEN A N， WU JM，LIU K，et al. High-performance ceramic parts with complex shape prepared by selective laser sintering： areview[J]. Advances in Applied Ceramics， 2018， 117（2）：100-117.

[36]王蔚，劉永賢，F(xiàn)UHJYH.SLS工藝參數(shù)對(duì) ?Al₂O₃/SiO₂/ （204號(hào) Zr₂ 復(fù)合陶瓷燒結(jié)質(zhì)量的影響[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科 學(xué)版），2013，34（03）：417-420，433.

[37] WILKES J，HAGEDORN Y C，MEINERS W，et al.Additive manufacturing of Zr0₂ 一 Al₂O₃ ceramic components by selective laser melting[J]. Rapid Prototyping Journal，2013，19（1）：51-57.

[38] 熊志偉，張凱，劉婷婷，等.激光功率對(duì)激光粉末床熔融成 形 Al₂O₃-ZrO₂ 共晶陶瓷熔池形態(tài)、微觀組織和力學(xué)性 能影響的研究[J].中國(guó)激光，2024，51（10）：239-251.

[39] GONZALEZJ A，MIRELES J，LIN Y，et al. Characterization of ceramic components fabricated using binder jetting additive manufacturing technology[J]. Ceramics International， 2016，42（9）：10559-10564.

[40] KUNCHALA P， KAPPAGAHTULA K. 3D printing high density ceramics using binder jetting with nanoparticle densifiers[J].Materialsamp;Design，2018（155）：443-450.

[411胡時(shí)車范現(xiàn)工白航筆黏絲劉噴射增材制造結(jié)△液 硅反應(yīng)熔滲制備SiCw/SiC陶瓷的微觀組織和力學(xué)性能 [J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2023，51（12）：3159-3168.

[42]趙巍，常佳俊，魏青松，等.氮化硅結(jié)合硅溶膠浸滲對(duì)黏 結(jié)劑噴射成形氧化鋁陶瓷型芯性能的影響[J/OL].機(jī)械 工程學(xué)報(bào)，1-10[2025-02-27]. Http：//kns.cnki.net/kcms/ detail/11.2187.TH.20250211.1647.040.html.

[43]宋曉嵐，祝根，林康，等.噴墨打印用陶瓷墨水的研究現(xiàn)狀 及發(fā)展趨勢(shì)[J].材料導(dǎo)報(bào)，2014，28（2）：88-92.

[44] SEERDEN KA M，REIS N，EVANS JRG， et al. Ink-jet printing of wax-based alumina suspensions[J]. Journal of the American Ceramic Society，2001，84（11）：2514-2520.

[45]WANG T M，DERBY B.Ink-jet printing and sintering of PZT[J]. Journal of the American Ceramic Society，2005， 88（8）：2053-2058.

[46]周振君，楊正方，袁啟明.Bariumtitanateceramicinksfor continuous ink-jet printing synthesized by mechanical mixingand sol-gel methods[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2008，（O1）：150-154.

[47] WEISENSEL L，TRAVITZKY N， SIEBER H，et al.Laminated object manufacturing（LOM） of SiSiC composites[J]. Advanced Engineering Materials， 2004， 6（11）：899-903.

[48] GOMES C M， RAMBO C R， DE OLIVEIRA A P N， et al. Colloidal processing of glass-ceramics for laminated objectmanufacturing[J].Journal of the American Ceramic Society， 2009，92（6）：1186-1191.

[49] 張耿，郭元章，李娜，等.基于凍結(jié)漿料的分層實(shí)體制造 法加工陶瓷坯體[J].硅酸鹽通報(bào)，2018，37（03）：1066- 1071，1082.

[50]金熙原.多孔陶瓷凍結(jié)漿料分層實(shí)體制造新方法及其 工藝基礎(chǔ)研究[D].西安：西安工業(yè)大學(xué)，2024.

[51] RUESCHHOFF L， COSTAKIS W， MICHIE M， et al. Additive manufacturing of dense ceramic parts via direct ink writing of aqueous alumina suspensions[J]. International Journal of Applied Ceramic Technology， 2016， 13（5）：821-830.

[52]FRANCHIN G， WAHL L， COLOMBO P. Direct ink writing of ceramic matrix composite structures[J]. Journal of the American Ceramic Society，2017，100（10）：4397-4401.

[53]楊建明，肖志文，陳勁松，等.漿料擠出式陶瓷3D打印 工藝參數(shù)及打印結(jié)構(gòu)角度研究[J].制造技術(shù)與機(jī) 床，2023（6）：11-15.

[54] NIU F， WUD，MA G，et al.Effect of second-phase doping on laser deposited Al₂O₃ ceramics[J]. Rapid Prototyping Journal，2015，21（2）：201-206.

[55]吳東江，趙紫淵，于學(xué)鑫，等. Al₂O₃ -TiCp復(fù)相陶瓷 激光定向能量沉積直接增材制造[J].無(wú)機(jī)材料學(xué) 報(bào)，2023（38910）：1183-1192.

[56]夏熙珍，劉冰，李瑞迪，等.激光定向能量沉積 Ti/Zr0₂- Al₂O₃ 梯度材料的制備及組織性能探究[J].粉末冶金工 業(yè)，2024，34（05）：16-24，31.

[57] 謝志鵬，李辰冉，安迪，等.國(guó)際先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷研發(fā)及產(chǎn)業(yè) 化應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r[J].陶瓷學(xué)報(bào)，2019，40（4）：425-433.

[58] SHI Y L，WANG WQ.3D inkjet printing of the zirconia ceramic implanted teeth[J]. Materials Letters， 2020（261）：127131.

[59] DIENEL K E G，BOCHOVE B V， SEPPALA JV. Additivemanufacturingofbioactivepoly（trimethylene carbonate）/β -tricalcium phosphate composites for bone regenereation[J]. Biomacromolecules， 2020， 21（2）：366- 375.

[60] 陳清華.基于光固化3D打印的顱骨植入物制備及其生 物活性研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2020.

[61]BUERKLEA，BRAKORAKF，SARABANDI K.Fabrication of a DRA array using ceramic stereolithography[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters，2006（5）：479-482.

[62]DELHOTE N，BAILLARGEATD，VERDEYMES，et al.Ceramic layer-by-layer stereolithography for the manufacturing of 3-D millimeter-wave filters[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，2007， 55（3）：548-554.

[63]DELFINI A， ALBANO M， VRICELLA A， et al. Advanced radar absoring ceamic-based materials for multifunctional applications in space environment[J]. Materials，2018， 11（9）：1730.

[64]閆春澤，朱偉，傅華，等.一種C/C-SiC復(fù)合材料零件的制備 方法及其產(chǎn)品：201710238622.1[P].2018-05-04.