2.1　3D打印陶瓷原料與制備技術

陶瓷3D打印中，除了采用天然礦物原料制備紫砂等藝術瓷外，研究最多的、較成熟的高性能陶瓷主要為Al₂O₃、ZrO₂、SiC、Si₃N₄陶瓷。使用的原料形態主要為陶瓷粉體、陶瓷絲材、陶瓷片材和陶瓷漿料/膏體；按組成分為氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷，見表2-1。

表2-1　3D打印陶瓷材料分類

除了以上原料外，用于3D打印的無機非金屬材料還有砂子、石墨烯、碳纖維以及部分復合材料等以無機非金屬材料為主體的3D打印材料，本章不將其列為研究對象。

3D打印成形技術所用各種原料形態如表2-2所示。

表2-2　3D打印成形技術所用陶瓷原料形態

從表2-2可以看出，3DP（三維噴印）、SLS（激光選區燒結）和SLM（激光選區熔化）這三種成形技術，所用原料為粉體，要求粉體粒徑尺寸小于100μm，具有較好的流動性。SL（立體光固化）和DLP（數字光處理）兩種成形技術所用原料，是由陶瓷粉體、分散劑和其他外加劑組成的漿料，陶瓷粉體一般要求粒徑尺寸小于1μm，具有較窄的粒徑分布，不發生團聚以及具有良好的流動性；SL和DLP所用的陶瓷漿料固相含量一般需達到40%～60%（體積分數），黏度小于3000mPa·s。FDM（熔融沉積成形）技術要求絲材，陶瓷絲材要經過高溫噴嘴熔化，所以對原料要求較高，除了滿足基本的成形要求外，還要求原料具有一定的抗彎強度、抗壓強度、抗拉強度和硬度。此外，為了保證最終零件的尺寸精度，還要求絲材陶瓷材料熔化后具有一定的黏度和流動性及較小的體積收縮。LOM（分層實體制造）技術要求片材，片材陶瓷厚度一般幾十微米，一般由陶瓷粉體經過流延成形獲得。EFF（擠出成形）和DIW（墨水直寫成形）技術要求高固相含量的漿料或膏料，經由噴頭擠出，成形出想要的陶瓷坯體形狀，隨后固化成形。