西班牙設(shè)計(jì)師伯納特·屈尼借助3D陶瓷打印完成了一項(xiàng)“每天一個(gè)咖啡杯”的計(jì)劃，在30天的時(shí)間里，每天制作出一個(gè)造型獨(dú)特的陶瓷咖啡杯。每個(gè)杯子從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、成型、燒結(jié)到完成，所花費(fèi)的時(shí)間都控制在24小時(shí)之內(nèi)。首先，在平鋪的陶瓷粉上3D打印有機(jī)粘結(jié)劑，每建成一層，在頂部繼續(xù)添加陶瓷粉和粘結(jié)劑，直到整個(gè)模型完工。
其次，模型將會(huì)被送入爐中加熱，這樣帶有的粘結(jié)劑就會(huì)被固化。再次，出爐后掃掉外層的陶瓷粉末，得到實(shí)體模型。最后，噴釉后再進(jìn)行加熱，得到亮麗光澤的咖啡杯。雖然不是每一個(gè)咖啡杯都具有實(shí)用性，但該新鮮的想法和技術(shù)在設(shè)計(jì)界引起了轟動(dòng)。
本文通過(guò)介紹陶瓷3D打印技術(shù)的定義、原理、與現(xiàn)有陶瓷磚3D效果的差異、發(fā)展現(xiàn)狀，來(lái)探討其在日用陶瓷及建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)應(yīng)用的趨勢(shì)。
一、定義與原理
3D打印技術(shù)是指通過(guò)連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來(lái)生成三維實(shí)體的技術(shù)。3D打印按工藝過(guò)程可劃分為：逐層粘結(jié)法和直接成型法，直接成型法能直接打印更為復(fù)雜的含閉孔結(jié)構(gòu)。逐層粘結(jié)法指利用噴嘴向待成型的陶瓷粉床上噴射結(jié)合劑粘結(jié)劑，打完一層后，在料床表層添加新粉，再?lài)娬辰Y(jié)劑，如此重復(fù)進(jìn)行，最后除去未噴射粘結(jié)劑的粉料即可得到立體物件。直接成型法是將待成型的陶瓷粉與結(jié)合劑制備成陶瓷墨水，通過(guò)3D打印直接成型。
二、與現(xiàn)有陶瓷磚3D效果的差異
陶瓷磚宣傳的3D效果分兩種，一種是通過(guò)圖案的設(shè)計(jì)達(dá)到立體的視覺(jué)效果，另外一種是表面凹凸不平的實(shí)際效果。實(shí)現(xiàn)表面凹凸不平的效果有四種手段：凹凸模具、噴下陷釉(墨水)、色釉料及墨水的堆積(常規(guī)色釉料的絲網(wǎng)膠輥印刷，常規(guī)墨水、大顆粒墨水的噴墨打印)、水刀的后期雕刻。瓷磚現(xiàn)有3D效果主要是在陶瓷磚表層達(dá)到視覺(jué)立體或凹凸不平的裝飾效果，而非通過(guò)3D技術(shù)的逐層打印形成主體結(jié)構(gòu)。
三、發(fā)展現(xiàn)狀
美國(guó)麻省理工學(xué)院在1993年發(fā)明了3D打印技術(shù)，利用金屬、陶瓷粉末，通過(guò)粘結(jié)劑再一起成型。美國(guó)華盛頓大學(xué)通過(guò)調(diào)整玻璃粉劑和粘合劑的混合比例與加熱溫度，研發(fā)出3D玻璃打印技術(shù)，可幫助建筑師測(cè)試哪種玻璃設(shè)計(jì)最適合哪種的環(huán)境。
上海理工大學(xué)在2007年，用石膏粉末、聚乙烯醇、白碳黑等配成漿料，通過(guò)3D打印技術(shù)打印出結(jié)構(gòu)致密、尺寸變形量小的石膏模具。西北工業(yè)大學(xué)在2013年以硅粉為原料，糊精為粘結(jié)劑，采用3D打印技術(shù)制備出多孔硅坯體，通過(guò)反應(yīng)燒結(jié)得到高孔隙率的螺釘、螺母等氮化硅陶瓷部件。
四、發(fā)展趨勢(shì)
陶瓷3D打印技術(shù)具有成型速度快、可打印復(fù)雜部件、個(gè)性化產(chǎn)品成本低等優(yōu)點(diǎn)，將來(lái)可用于制備光纖連接器用的陶瓷插針、電子陶瓷器件、多孔陶瓷過(guò)濾件、陶瓷牙齒等尺寸小、形狀復(fù)雜、精度高的產(chǎn)品。陶瓷3D打印技術(shù)在日用及建筑衛(wèi)生陶瓷領(lǐng)域也有巨大的潛力，如藝術(shù)品陶瓷的個(gè)性化制備、浮雕狀腰線(xiàn)磚的快速打印、潔具模具的制造、特殊形狀陶瓷磚的樣板訂制等等。人工做一套衛(wèi)生陶瓷的模具可能要花費(fèi)一個(gè)月的時(shí)間，利用3D打印技術(shù)只需要一到兩天。
與此同時(shí)，陶瓷3D打印技術(shù)的商業(yè)化還面臨著一系列的問(wèn)題：制造速度、產(chǎn)品的材料性能、機(jī)器和材料成本、成型精度及質(zhì)量等等。如何有效地堆積出尺寸精確、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陶瓷物件，燒結(jié)時(shí)復(fù)雜燒結(jié)體中殘余應(yīng)力如何消除，如何保證燒結(jié)出致密的陶瓷制品，以及如何制備更穩(wěn)定的陶瓷墨水等一系列的技術(shù)難題都需要進(jìn)一步解決。
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