一个案例看懂材料挤出3D打印技术怎样实现先进陶瓷产品的附加值制造
陶瓷增材制造的应用将在2025年之后经历一个增长拐点。主要原因是，陶瓷增材制造3D打印技术将逐渐成熟，市场上存在足够支撑这一技术应用发展的生产需求。
从中长期来看，3D打印陶瓷部件的附加价值将推动用户对于陶瓷增材制造硬件和材料的需求。对于工程陶瓷、先进陶瓷材料的应用来说，这一趋势体现的更为明显。许多生产陶瓷部件的企业，尤其是制造先进陶瓷部件的企业，都可以从为增材制造而设计（DfAM）的高附加值陶瓷部件中获益匪浅。
本期，3D科学谷将分享一个国际上知名高性能陶瓷产品制造商Avignon Ceramic 通过3D打印技术和增材制造设计思维提高陶瓷产品性能与品质的应用案例,以此来感受3D打印技术为复杂陶瓷产品带来的附加值。
▲ © 3D打印陶瓷滤芯
....替代传统发泡工艺
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）。目前生产包括陶瓷型芯，泡沫陶瓷滤芯等高精尖的陶瓷产品。
▲ Avignon Ceramic生产的陶瓷产品
图片来源：Avignon Ceramic 官方网站
在采用3D打印之前，Avignon Ceramic一直使用传统发泡方式生产氧化锆泡沫陶瓷产品，该产品主要用于过滤高温合金的金属熔体，从而去除最终导致铸件产品质量缺陷的杂质。
传统发泡工艺制造流程是，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。
▲中空结构出现断裂的陶瓷泡沫滤芯
图片来源：Raise3D
其原因是在传统的发泡过程中，由于发泡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。
2018年，Avignon Ceramic 与 陶瓷材料生产商Nanoe 接洽后，决定采用D打印技术取代传统工艺。
Nanoe 开发了适用于材料挤出3D打印工艺的陶瓷线材。Nanoe向Avignon Ceramic 推荐了Raise3D 上海复志基于材料挤出工艺的熔融制丝（FFF）3D打印设备-Raise3D Pro2。
▲ 3D打印的泡沫陶瓷滤芯
图片来源：Raise3D
自选择 Raise3D 3年以来，Avignon Ceramic一直保持使用FFF 3D打印技术定制化生产泡沫陶瓷滤芯，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%。
▲ 正在打印陶瓷材料的Raise3D Pro2设备
图片来源：Raise3D
Avignon Ceramic的产品设计师在开发3D打印泡沫陶瓷滤芯时，采用了增材制造设计思维。得益于3D打印技术的优势，他们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。
Raise3D Pro2 3D打印机，为Avignon Ceramic 实现产品品质提供了助力。Pro2 3D打印机最小喷嘴直径可达0.2mm，最小层厚可精确至0.01 mm，且非常稳定。帮助Avignon Ceramic 可以实现7/24不间断地生产高性能陶瓷产品。
“Avignon Ceramic在陶瓷行业历史悠久，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。
--国内首次亮相--
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与Nanoe Zetamix线材组成的陶瓷3D打印技术首次在国内亮相。
▲ FAME2021现场
图片来源：Raise3D
这一基于材料挤出工艺的熔融制丝（FFF）陶瓷3D打印技术，引起了参会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、华南理工等等多所高校和科研机构就对此设备表示了强烈兴趣。
l 案例来源：Raise3D 上海复志
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