研究员开发出一种新的自上而下的陶瓷立体光刻方法

摘要：近日，瑞士SUPSI MEMTi研究人员提出了一种新的解决方案，利用光敏陶瓷浆料的立体光刻技术来3D打印散装组件......

aau讯（编辑 吴昕烜）据外媒报道，瑞士SUPSI MEMTi的研究人员提出了一种新的解决方案，利用光敏陶瓷浆料的立体光刻技术来3D打印散装组件。该团队由Alberto Ortona、Oscar Santoliquido、Francesco Camerota、 Alice Rosa组成，凭借在混合材料和陶瓷材料研究方面的丰富经验，构建并测试了一套系统，从而降低了3D打印散装绿色陶瓷组件的成本。

该研究所开展的研究活动主要侧重于产品和过程的开发，其特点是对计算科学的相关使用。因此，实验室的实验活动与建模和仿真活动相结合，使用用于材料表征的设备以及专用于软件和高性能计算工具的多尺度和多学科方法。十年前，增材制造技术的引入使研究所能够为正在进行的材料、零件和工艺研究增加一定程度的物理性，重点是航空、工业应用（热管理、高级过滤）和能源等领域。

据了解，新型陶瓷3D打印系统的特点是在张力作用下具有UV透明玻璃和有机硅柔性膜，该膜利用自上而下的方法固化陶瓷浆料层，同时集成了自下而上的立体光刻技术的一些特性。这种结构可确保透明玻璃和配对切片之间的切片厚度精确，从而可以精确构建散装生坯陶瓷组件。

据该公司介绍，该设备可以3D打印粘性光敏陶瓷泥浆(即粘度高达10 Pa s, 10 s−1剪切速率)。此外，该设备允许在层分离力高的地方生产复杂的块状组件。这允许可通过由普通的立体光刻打印扩大3D打印对象的几何特征的范围。

在传统的立体光刻中，物体在构建平台上逐层增长，然后逐渐浸入树脂中。用新鲜的液体树脂将固化层重新涂覆并固化形成新层时，平台进行垂直平移，先向下再向上移动。当平台浸入时，新鲜的泥浆通过重力在之前的固化层上流动。

液体树脂对固化层具有良好的润湿性，浆料粘度对新固化层的厚度均匀性有显著影响。当浆液沉积不均匀时，缺陷就会出现:克服这些问题的一种方法是引入一片刮刀来扩散浆液，但是，这增加了系统的复杂性，因为移动部件需要控制。此外，相对于刮刀的速度，浆液的流变行为必须被微调。

据悉，标准的低成本立体光刻系统无法正确处理高粘度陶瓷浆料。如果使用刮刀、刮水器或类似系统，则可以处理陶瓷混合物。在工业上，很少有高度精密的设备以用来处理这种粘性浆料。由于这种浆料表现出剪切稀化行为，因此由此类装置执行的机械作用会引入剪切应力，这也有助于稀化浆料。在SUPSI方法中，通过使用柔性硅膜，可以获得新鲜均匀的层，而无需在机器中引入额外的步骤。这项工作中设计的新颖解决方案已集成到现有的商用3D打印机中（GiziMate 130 basic，Gizmo 3D打印机），以用于打印样品。

虽然与工业水平的陶瓷立体光刻系统没有直接竞争，但SUPSIMEMTi研究人员提出的新装置旨在作为成功3D打印大块陶瓷组件的中间解决方案，例如用于熔模铸造的陶瓷芯。

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