艾杰旭和维捷-voxeljet开发用于熔模铸造壳和芯的3d打印陶瓷
来源：3d科学谷
根据3d科学谷的市场观察，熔模精密铸造工艺可以实现结构复杂，内腔结构要求高的铸件。除了航空叶片外，还可以通过熔模铸造来制造叶轮、液压阀体等高附加值零件。
熔模精密铸造工艺对陶瓷芯的要求很高，陶瓷芯需要满足高温稳定性，在加热和高温时没有相变；陶瓷芯在浇铸时不发气，不与金属发生熔融反应；不容易断裂；热膨胀系数低等。
近日，日本陶瓷专家 agc ceramics co., ltd (agc)-艾杰旭和维捷-voxeljet ag 已将高性能陶瓷材料 brightorb™ 用于 3d 打印。除了在结构部件和艺术品生产中的潜在应用外，该材料还特别适合用于金属铸造的高度复杂的模具和型芯的 3d 打印。
成就更复杂的铸件
根据3d科学谷的了解，为了开发用于 3d 打印的新型高性能陶瓷材料 brightorb™ ，艾杰旭-agc与德国维捷-voxeljet ag 达成合作。
brightorb 是在维捷-voxeljet的vx1000工业3d打印设备上开发的，vx1000构建体积为 1000 x 600 x 500 毫米。3d 打印系统将陶瓷颗粒与无机粘结剂粘合在一起，从而制造出新型陶瓷组件。
更复杂的熔模铸造陶瓷芯
brightorb陶瓷材料由球状砂组成，根据3d科学谷的了解，其主要成分为氧化铝（al2o3）80%、氧化锆（zro2）10%、氧化硅（sio2）9%、矿物刚玉、斜锆石和各种水泥材质。在 3d 打印过程中，brightorb 陶瓷的平均粒度为 50 µm，层厚为 100 µm，并选择性地与无机粘结剂粘合。
维捷-voxeljet所选用的无机粘结剂的特点是其高环境相容性，因为在成型过程中只产生水蒸气。这极大地改善了铸造厂的环境和工作条件。打印完的组件需要用二氧化硅基液体进行浸渍，并且在烧结炉中烧制以获得最终强度。大部分未打印的粉末可以再加工、回收并返回到打印过程中。
根据维捷-voxeljet 首席执行官 ingo ederer 博士，长期以来，维捷-voxeljet 一直注意到市场对日益复杂的组件几何形状的需求不断增长，3d 打印的巨大优势在于实现复杂的自由几何形状，而复杂的几何形状可以显着优化发动机或涡轮叶轮的效率和有效性。
而复杂的部件难以通过传统的成型工艺生产，通过与 agcc 的密切合作，维捷-voxeljet 能够优化用于打印陶瓷粉末的 vx1000，使其非常适合具有挑战性的金属铸造需求。无论是满足陶瓷芯的强度还是表面质量。
3d 打印陶瓷用作熔模铸造工艺的核心，以便在铸件中重现复杂的细丝腔。3d科学谷了解到熔模精密铸造工艺可以在涡轮叶片中集成内部冷却通道，从而提高涡轮效率并将停机时间降至最低。
耐高温且低收缩率
根据agc增材制造部门，brightorb 是一种高性能陶瓷，由于其高化学稳定性、耐热性、导热性和低热膨胀性，非常适合金属铸造。
艾杰旭能够以这样的方式优化材料组，使得在 1,400°c 的下游烧结过程中打印组件的收缩系数小于 1%。由于具有高耐火性，因此可以铸造熔点超过 1,600°c 的合金。总体而言，陶瓷作为一种特殊的材料在未来的铸造中将继续发挥重要作用，而与适用于作为制造技术的 3d 打印相结合，陶瓷不仅坚硬不变形，且可以实现更为复杂的形状。根据3d科学谷的了解，brightorb陶瓷材料的商业化定于 2021 年 7 月起。
拐点将至
根据3d科学谷，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。
培育市场对这一技术的需求是其中一项挑战。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，但企业仍需培养增材制造思维，开发真正高价值的3d打印陶瓷部件。
2017年-2021年, 是基于光固化的陶瓷3d打印在航空、医疗领域得到应用发展的五年。同样是在这五年中，粘结剂喷射3d打印技术在模具、铸造型芯制造中的应用得到加强，陶瓷3d打印企业发力于生产级的陶瓷3d打印系统与材料的研发，同时更低成本与更高精度的3d打印技术进入市场。
随着陶瓷增材制造技术与材料技术的继续发展，基于光固化、粘结剂喷射、材料挤出3d打印技术的应用将得到不同程度的加强，应用领域预计将扩展至汽车、牙科、能源、电子等更多领域。
在陶瓷增材制造-3d打印技术正在快速发展的阶段，3d科学谷与深圳大学增材制造研究所合作发布了《3d打印与陶瓷白皮书》，从陶瓷材料与陶瓷加工技术，陶瓷应用市场，陶瓷3d打印技术的潜力、痛点、发展路线，以及代表性的知识产权、科研成果，前沿性3d打印应用，5个角度分析陶瓷增材制造技术的应用价值与发展。