微纳3D打印：突破传统陶瓷制造局限，解锁新材料潜力

时间：2024-09-18 10:48 来源：南极熊作者：admin 阅读：次

陶瓷材料因其卓越的耐高温性、耐腐蚀性以及良好的化学稳定性，在机械工程、化学工业、电子通讯以及生物医疗等多个领域获得了广泛的应用。然而，传统的陶瓷加工方法，如注射成型、干压成型、凝胶注射成型等，对模具的依赖度较高，难以满足集成化、复杂化和精密化陶瓷制品快速制造的需求。与传统的陶瓷加工技术相比，陶瓷增材制造技术打破了传统陶瓷加工过度依赖模具的局限，无需模具即可快速生产出完全个性化的陶瓷产品，结构设计自由度高，并被认为是构成工业4.0的众多颠覆性技术之一。
以创为序，开拓无人之境
根据Global Market Insights 2024年8月发布的市场研究报告，2023年陶瓷3D打印市场价值为6170万美元，预计到2032年将达到3.65亿美元，年复合增长率为11.5%，这一数据表明，陶瓷3D打印市场虽然目前仍属于一个利基市场，但其增长潜力巨大，未来发展前景广阔。

如今，在以高水平创新为驱动力，加速培育新型生产力的战略背景下，摩方精密公司积极响应国家号召，不断深化科技创新，致力于新材料的研发与应用边界的拓展，加快增材制造技术的产业化步伐，为我国制造业的升级提供了强有力的技术支撑。
近年来，摩方精密在材料科学领域取得了显著成就，连续推出了包括氧化铝、氧化锆以及聚合物SiOC陶瓷前驱体等多种自主研发的新型陶瓷材料。这些材料不仅丰富了市场选择，提升了产品的性能指标，而且在航空航天、生物医疗、电子通信等高精尖领域展现了广泛的应用前景。

超高打印精度、优秀的比强度、高陶瓷产率以及复杂高精度零部件的可加工性能，加之摩方精密微纳3D打印技术所特有的均匀性高、内应力低、精度高的陶瓷生坯件制备能力，共同极大地推动了陶瓷材料在工程领域和极端环境中的广泛应用。

以精为首，打通微纳之差
5G毫米波通讯技术的到来促使基站滤波器朝着小型化、轻量化、形状复杂化和低介电损耗化方向发展。为了兼顾滤波器尺寸和形状设计的需要，具有适中介电常数、超低介电损耗和近零谐振频率温度系数的微波介质陶瓷已经成为毫米波通讯的首选。

中南大学刘绍军课题组和河北工业大学胡宁团队的程立金老师通过摩方精密面投影微立体光刻(PμSL)技术(microArch® S240，精度：10 μm)成功制备了高性能高精度的Mg2TiO4微波陶瓷，并澄清了加工参数（激光功率、曝光时间和铺层厚度）对加工精度和介电性能的影响，最终制备出品质因子为142,000GHz的Mg2TiO4微波陶瓷。

DOI：10.1016/j.addma.2023.103413

PμSL 3D打印技术能够定制化地打印出任意结构且具有优异介电性能的Mg2TiO4陶瓷。该技术能够打印出圆柱和方柱阵列，以及滤波器基底结构（其中圆柱的最小直径为440 μm，层厚为40 μm）。打印出的陶瓷的品质因素Q·f最大可达1.5×105 GHz（接近传统干压法成型的陶瓷值），介电常数εr最大为14.3。

DOI：10.1016/j.addma.2023.103757

在功能陶瓷的3D打印制备领域，该新型制备方法取得了重大突破，有效解决了多项技术难题。传统3D打印功能陶瓷在成形过程中往往存在样品精度不足、密度偏低以及介电性能不及传统成形方法等缺陷，而该制备方法通过技术创新，成功克服了这些瓶颈问题。

这一进展为小型化、高性能滤波器的制造提供了强有力的技术支持，对于满足5G/6G通信领域对高性能滤波器的需求具有重要意义。

以生为名，勾勒重塑之光
来自上海交通大学的研究团队，采用摩方精密microArch® S240（精度：10 μm）高精度3D打印设备，成功制备了生物活性玻璃支架。

该支架通过特殊工艺，有助于氧化石墨烯（GO）稳定且均匀地固定在其表面。在此基础上，研究团队在支架上接种并培养了骨髓干细胞、静脉细胞和细胞因子，随后将其移植入小鼠体内。实验结果显示，该支架能有效促进毛细血管和骨组织的生成，其中BG/0.5%GO支架在促进骨再生方面的效果显著优于纯生物活性玻璃（BG）支架。

此项研究成功实现了骨组织的再生，为临床骨缺损治疗提供了新的思路和方法。基于其优异的性能表现，该支架有望在未来的临床实践中用于治疗骨缺损，为患者带来更为有效的治疗方案。

DOI：10.1016/j.compositesb.2023.110673
       此外，摩方精密在齿科修复领域的一项突破性终端应用成果为“极薄强韧牙齿贴面”，该贴面是最低厚度可达40 μm，这一技术进步标志着义齿修复技术从传统的“有创”治疗向“无创”治疗的重大转变，极大地提升了齿科修复治疗的技术水平和服务质量。
      值得一提的是，摩方精密的这一创新成果已获得国家重点研发计划重点专项项目的立项支持，项目名为“极薄强韧陶瓷义齿微立体光固化增材制造技术与装备”。通过此项目的实施，摩方精密将进一步推动我国口腔医学领域的技术创新，加强临床研究与实践的结合，为齿科修复领域提供更为先进、高效、精准的解决方案，从而不断提升我国口腔医疗服务的整体水平，为人民群众的口腔健康贡献力量。
      在当前先进陶瓷制造领域，增材制造技术已成为最具潜力的关键发展方向之一，以其独特的精细成型能力为陶瓷零部件的生产带来了革命性的新机遇。该技术不仅提高了产品的精度和复杂性，同时也优化了材料的使用效率。展望未来，伴随技术的深入研发和成本的逐步降低，陶瓷增材制造技术的应用领域预期将显著拓宽，这将极大地促进市场潜力的释放和产业规模的扩展。
       在此背景下，摩方精密将持续致力于推动材料科学的边界扩展和技术创新，为机械工程、通讯工程、航空航天、生物医疗领域带来前所未有的设计自由度和性能提升，以实现更高效、更精细、更具成本效益的陶瓷零部件制造。

(责任编辑：admin)

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