陶瓷3D打印在高附加值部件制造領域占一席之地
SmarTech近日發布了陶瓷增材制造市場的報告，報告預測陶瓷增材制造材料市場收入2020年超過2000萬美元，2029年將超過4.5億美元。
雖然陶瓷3D打印在中短期內仍是一個較小的細分市場，但經過過去幾年發展，陶瓷3D打印技術已能實現多種工程陶瓷、先進陶瓷材料的增材制造。借助3D打印技術在實現復雜結構方面的優勢，陶瓷3D打印將在陶瓷工業零部件制造領域占據一席之地。
高附加值產品推動市場增長
報告顯示陶瓷增材制造的應用將在2025年之后經歷一個增長拐點。主要原因是，陶瓷增材制造3D打印技術將逐漸成熟，市場上存在足夠支撐這一技術應用發展的生產需求。SmarTech認為陶瓷增材制造是一個長尾市場，提供3D打印陶瓷技術的企業，將通過為眾多用戶提供少量傳統工藝難制造的產品來實現利潤。
盡管陶瓷3D打印將迎來增長，但這一技術的發展中仍存在許多挑戰，最大挑戰仍是如何培育市場對這一技術的需求。許多生產陶瓷部件的企業，尤其是制造先進陶瓷部件的企業，都可以從增材制造設計的高附加值陶瓷部件中獲益。因此培養企業增材制造思維，開發真正高價值的3D打印陶瓷部件，這一挑戰恰好是3D打印陶瓷企業的機會。
報告涉及到目前市場上三類主要陶瓷3D打印技術，即： 液態材料陶瓷-光聚合物復合漿料，用于光聚合3D打印技術（SLA 或DLP）；陶瓷粉末材料，通常用于粘結劑噴射（3DP）或粉末床燒結（SLS）3D打印技術;長絲、顆粒狀材料或漿料，通常用于擠出沉積3D打印技術（如熔融沉積技術FDM）。
1.光聚合3D打印工藝
聚合3D打印工藝是用于加工先進陶瓷材料的相對成熟的3D打印技術。
美國HRL實驗室在2016年開發了一種用于光固化3D打印的陶瓷"先驅體轉化聚合物"材料，通過這些聚合物制造的陶瓷均勻收縮，幾乎沒有孔隙度。并且可以形成晶格和蜂窩狀材料，不但形狀復雜，并且還表現高的強度，這種密度泡沫陶瓷可以在推進零部件、 熱防護系統、 多孔燃燒器、 微機電系統和電子設備獲得應用。如使用在高超聲速飛行器和噴氣發動機中，這種陶瓷可以幫助設計者制造能抵御起飛過程中所排出的廢氣引起的加熱和高溫度的小零件。
目前國內也涌現出一批基于光聚合3D打印的陶瓷增材制造企業，比如浙江迅實科技。公司在DLP技術上的陶瓷3D打印已相對成熟。迅實科技生產的Cera Ray高固含量陶瓷3D打印機和CeraRay桌面級陶瓷3D打印機都可以實現復雜結構快速成型。打印速度快，精度高，和許多有名的陶瓷生產公司有合作。
2.粘結劑噴射工藝
粘結劑噴射工藝陶瓷制造技術正在不斷發展，可用于先進陶瓷及傳統陶瓷材料的制造。粘合劑噴射3D打印被證明適合陶瓷材料的制造，該技術具有可以生產多孔產品，材料選擇靈活，尺寸限制不高，速度快、更容易實現規模化生產的優勢。
3.材料擠出沉積工藝
基于材料擠出沉積的3D打印技術也可用于陶瓷材料增材制造，但這類技術存在精度低、表面粗糙度大的問題，以及難以進行層間控制的難點。
根據3D科學谷的市場研究，美國大型國防合約商雷神公司（Raytheon Company）對FDM 陶瓷3D打印技術進行了嘗試，并獲得自然界中不存在的新型材料。他們在長寬比為至少2：1的陶瓷中使用添加劑以制成長絲，然后通過FDM技術進行3D打印使得陶瓷產品具有紋理化的微結構和表面，并增強物理和化學性質，利用陶瓷的各向異性特性，獲得單晶材料。另外，還可以通過纖維增強來實現增強的微結構，添加劑可包括任何結晶材料，合成材料或聚合物材料，合適的添加劑包括白榴石，二硅酸鋰，氮化硅，玻璃（例如二氧化硅）或其任何組合。
陶瓷3D打印技術發展與材料制備技術的發展密切相關。例如，在應用中，雖然同樣是使用光固化3D打印技術，但制造出的陶瓷件性能卻可能截然不同，這與陶瓷漿料配方密切相關。大多數陶瓷 3D 打印機限于"氧化物陶瓷材料"低熔點陶瓷打印，但也有一些陶瓷漿料配方是高溫陶瓷，如美國HRL實驗室開發的一種用于光固化3D打印的陶瓷"先驅體轉化聚合物"材料，這種材料在3D打印后經過過火可以生成致密的陶瓷部件。
