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如何使用熔融挤出3D打印技术,实现精密陶瓷制造?

如何使用熔融挤出3D打印技术,实现精密陶瓷制造?

引言:据SmarTech分析公司发布的陶瓷快速成型制造(AM)市场报告《陶瓷快速成型零件生产:2019-2030年》分析与预测,随着主流陶瓷增材制造技术的全面发展,并建立起足够的系列化生产,陶瓷3D打印市场将在2025年后迎来一个拐点。在这个拐点之后,一旦市场完全从疫情的放缓中恢复过来,陶瓷增材制造应用市场的规模将增长三倍。到2030年,陶瓷增材制造市场的收入预估将达到48亿美元。

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图 | 3D打印精密陶瓷市场预测

(图片源自网络) 

如今主流的陶瓷3D打印技术主要为分层实体制造(简称LOM);熔融堆积(简称FFF);形状沉积成型(简称SDM);立体光刻(简称SLA);喷墨打印法(简称IJM)。其中SLA是目前使用最多的工艺生产技术,而在更为常见的FFF技术则受限于高性能陶瓷线材的开发的纳米级工艺标准,目前全球仅有德国BASF和法国创新企业Nanoe 有相关产品,且价格较高,因此熔融堆积技术在陶瓷3D打印中所占的市场规模较小,主要被应用在5G精密制造和航空航天两个方向,用户包括航空发动机制造商赛峰公司(Safran)和精密陶瓷芯生产商Avignon Ceramic等。

法国Avignon Ceramic 运用FFF技术生产泡沫陶瓷滤芯

 

Avignon(阿维尼翁)是欧洲著名的陶瓷小镇,法国Avignon Ceramic就坐落于此,是生产全球知名的高性能陶瓷制品生产企业,公司成立至今已150年,1990年开始引入CIM(陶瓷注射成型技术)。目前生产包括光纤陶瓷插芯,泡沫陶瓷滤芯等高精尖的陶瓷产品。

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图 | Avignon Ceramic生产的零件

(图片来源:Avignon Ceramic官方网站)

 

在采用3D打印之前,他们一直使用传统发泡方式生产氧化锆泡沫陶瓷产品——一种主要用于高温合金的金属熔体过滤的陶瓷产品。首先用氧化锆粉、高岭土、长石等原料混合的陶瓷浆液给聚氨酯海绵陶瓷上浆,通过烧结去除聚氨酯,最终获得多孔的陶瓷滤芯。这一过程不仅过程繁复,生产的产品品质也不太稳定。

 

其原因是在传统的发泡过程中,由于发泡的中空部分的结构是随机形成的,在烧结后容易产生一些薄而脆的陶瓷结构,在注入熔融金属液体时,这些脆弱的结构可能因为压力而破裂,反而使金属熔体中掺杂进新的杂质。

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图 | 中空结构出现断裂的陶瓷泡沫滤芯

(图片源自网络)

 

2018年在和Nanoe公司接洽后,Avignon Ceramic决定使用3D打印技术取代传统的工艺, Nanoe向Avignon Ceramic推荐了当时刚刚上市的Raise3D Pro2 3D打印机。Avignon Ceramic在开始对于Nanoe推荐中国品牌的3D打印机表示不解,不过很快就为Pro2设备的性能所折服。Pro2最小喷嘴直径可达0.2mm,最小层厚可精确至0.01 mm,且非常稳定。这帮助Avignon Ceramic 可以实现7/24不间断地生产高性能陶瓷产品。

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图 | 正在打印陶瓷材料的Raise3D Pro2设备

 

自选择Raise3D 3年以来,Avignon Ceramic一直保持使用FFF 3D打印技术来进行定制化滤芯生产,尤其是结构复杂又精细的泡沫陶瓷滤芯,其滤芯陶瓷致密度高达99%。得益于3D打印的优势,Avignon Ceramic的产品设计师可以精确设计滤芯的支柱长度和孔径,从而来控制金属熔体的流量以及过滤精度,提高产品的功能性以及确保产品品质的稳定一致。

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图 | 3D打印的泡沫陶瓷滤芯

 

“Avignon Ceramic在陶瓷行业干了150年,为了帮助客户找到完美的解决方案,我们充分发挥3D打印技术的优势,为客户提供定制化的滤芯产品。这不仅是行业的发展趋势,定制化滤芯产品的生产效率也远高于标准产品。我们很早就与Raise3D建立了合作关系,他们在3D打印领域的领先技术以及产品的稳定性帮助我们在早期探索阶段解决了很多问题,我们将会在Raise3D的帮助下继续深耕陶瓷铸造行业,提升我们的创新力与市场竞争力。” 创新和研究业务经理Olivier Greck如是说道。

 

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图 | 3D打印的陶瓷滤芯

 

Raise3D Pro2的陶瓷打印,国内惊艳首秀

 

极致性价比、办公室环境、简单操作、高精度稳定可靠。凭借这四项优势,在刚刚结束的第一届陶瓷增材制造前沿科学家论坛(FAME2021)上,Raise3D Pro2携手Nanoe Zetamix线材的首次亮相就引起了各个学校和科研院所的密切关注,与会期间,上海交通大学、北京工业大学、华南理工等等9所高校和科研机构就对此设备表示了购买意向。

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图 | FAME2021现场

 

法国Nanoe公司CEO Guillaume de Calan特别表示祝贺:“非常高兴我们此次和Raise3D一起参加FAME,展示了我们的产品,并取得了这么高的关注。我们也很高兴和Raise3D继续保持良好的合作关系,通过这次活动,我们看到了未来市场的巨大潜力。”

审核编辑(
王妍
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