SmarTech近日發(fā)布了陶瓷增材制造市場(chǎng)的報(bào)告，報(bào)告預(yù)測(cè)陶瓷增材制造材料市場(chǎng)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(nèi)仍是一個(gè)較小的細(xì)分市場(chǎng)，但經(jīng)過過去幾年發(fā)展，陶瓷3D打印技術(shù)已能實(shí)現(xiàn)多種工程陶瓷、先進(jìn)陶瓷材料的增材制造。借助3D打印技術(shù)在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢(shì)，陶瓷3D打印將在陶瓷工業(yè)零部件制造領(lǐng)域占據(jù)一席之地。

高附加值產(chǎn)品推動(dòng)市場(chǎng)增長(zhǎng)

報(bào)告顯示陶瓷增材制造的應(yīng)用將在2025年之后經(jīng)歷一個(gè)增長(zhǎng)拐點(diǎn)。主要原因是，陶瓷增材制造3D打印技術(shù)將逐漸成熟，市場(chǎng)上存在足夠支撐這一技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的生產(chǎn)需求。SmarTech認(rèn)為陶瓷增材制造是一個(gè)長(zhǎng)尾市場(chǎng)，提供3D打印陶瓷技術(shù)的企業(yè)，將通過為眾多用戶提供少量傳統(tǒng)工藝難制造的產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)。

盡管陶瓷3D打印將迎來增長(zhǎng)，但這一技術(shù)的發(fā)展中仍存在許多挑戰(zhàn)，最大挑戰(zhàn)仍是如何培育市場(chǎng)對(duì)這一技術(shù)的需求。許多生產(chǎn)陶瓷部件的企業(yè)，尤其是制造先進(jìn)陶瓷部件的企業(yè)，都可以從增材制造設(shè)計(jì)的高附加值陶瓷部件中獲益。因此培養(yǎng)企業(yè)增材制造思維，開發(fā)真正高價(jià)值的3D打印陶瓷部件，這一挑戰(zhàn)恰好是3D打印陶瓷企業(yè)的機(jī)會(huì)。

報(bào)告涉及到目前市場(chǎng)上三類主要陶瓷3D打印技術(shù)，即： 液態(tài)材料陶瓷-光聚合物復(fù)合漿料，用于光聚合3D打印技術(shù)（SLA 或DLP）；陶瓷粉末材料，通常用于粘結(jié)劑噴射（3DP）或粉末床燒結(jié)（SLS）3D打印技術(shù);長(zhǎng)絲、顆粒狀材料或漿料，通常用于擠出沉積3D打印技術(shù)（如熔融沉積技術(shù)FDM）。

1.光聚合3D打印工藝

聚合3D打印工藝是用于加工先進(jìn)陶瓷材料的相對(duì)成熟的3D打印技術(shù)。

美國(guó)HRL實(shí)驗(yàn)室在2016年開發(fā)了一種用于光固化3D打印的陶瓷"先驅(qū)體轉(zhuǎn)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(fù)雜，并且還表現(xiàn)高的強(qiáng)度，這種密度泡沫陶瓷可以在推進(jìn)零部件、 熱防護(hù)系統(tǒng)、 多孔燃燒器、 微機(jī)電系統(tǒng)和電子設(shè)備獲得應(yīng)用。如使用在高超聲速飛行器和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，這種陶瓷可以幫助設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)出一批基于光聚合3D打印的陶瓷增材制造企業(yè)，比如浙江迅實(shí)科技。公司在DLP技術(shù)上的陶瓷3D打印已相對(duì)成熟。迅實(shí)科技生產(chǎn)的Cera Ray高固含量陶瓷3D打印機(jī)和CeraRay桌面級(jí)陶瓷3D打印機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)快速成型。打印速度快，精度高，和許多有名的陶瓷生產(chǎn)公司有合作。

2.粘結(jié)劑噴射工藝

粘結(jié)劑噴射工藝陶瓷制造技術(shù)正在不斷發(fā)展，可用于先進(jìn)陶瓷及傳統(tǒng)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(shù)具有可以生產(chǎn)多孔產(chǎn)品，材料選擇靈活，尺寸限制不高，速度快、更容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的優(yōu)勢(shì)。

3.材料擠出沉積工藝

基于材料擠出沉積的3D打印技術(shù)也可用于陶瓷材料增材制造，但這類技術(shù)存在精度低、表面粗糙度大的問題，以及難以進(jìn)行層間控制的難點(diǎn)。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，美國(guó)大型國(guó)防合約商雷神公司（Raytheon Company）對(duì)FDM 陶瓷3D打印技術(shù)進(jìn)行了嘗試，并獲得自然界中不存在的新型材料。他們?cè)陂L(zhǎng)寬比為至少2：1的陶瓷中使用添加劑以制成長(zhǎng)絲，然后通過FDM技術(shù)進(jìn)行3D打印使得陶瓷產(chǎn)品具有紋理化的微結(jié)構(gòu)和表面，并增強(qiáng)物理和化學(xué)性質(zhì)，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(qiáng)來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的微結(jié)構(gòu)，添加劑可包括任何結(jié)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(shù)發(fā)展與材料制備技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。例如，在應(yīng)用中，雖然同樣是使用光固化3D打印技術(shù)，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(guān)。大多數(shù)陶瓷 3D 打印機(jī)限于"氧化物陶瓷材料"低熔點(diǎn)陶瓷打印，但也有一些陶瓷漿料配方是高溫陶瓷，如美國(guó)HRL實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一種用于光固化3D打印的陶瓷"先驅(qū)體轉(zhuǎn)化聚合物"材料，這種材料在3D打印后經(jīng)過過火可以生成致密的陶瓷部件。

整體而言，由于陶瓷3D打印技術(shù)可直接打印具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的陶瓷零部件，因此陶瓷3D打印技術(shù)具有無可替代的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用價(jià)值。