2025年陶瓷3D打印進展案例：新材料、超結構與新工藝

陶瓷3D打印雖然仍沒有像金屬、塑料那樣實現大規模的應用，但在2025年仍然有一些可圈可點的突破。例如以特殊結構和后處理手段防止陶瓷部件易碎、以新的3D打印形式實現陶瓷部件制造，以及較為突出的新材料進展。

3D打印陶瓷超材料結構

陶瓷在壓力存在易碎或斷裂的風險，而德克薩斯州休斯頓大學的一個研究團隊在2025年開發出了一種新的3D打印陶瓷結構，它能夠在壓力下發生彎曲但不會斷裂。其核心方法是3D打印+特殊結構+涂層技術。

研究人員從折紙結構中獲得了靈感，它一個重要特點是其可以從折疊狀態擴展為特殊結構，而且這個過程可逆。他們首先采用基于SLA的陶瓷3D打印技術制造了具有折紙結構特點的二氧化硅基樣品，在脫脂燒結之后，將該陶瓷部件在聚二甲基硅氧烷（PDMS）溶液中浸泡，使其表面覆蓋一層厚度約75-100微米的涂層。PDMS則是一種具有超彈性的生物相容性硅橡膠。

靜態和循環壓縮測試表明，這種具有折疊形態和涂層處理的新結構具有非常好的柔韌性，即便在其最脆的方向上也保持了這一特點。

研究人員稱，陶瓷零件在醫療保健、航空航天和機器人等領域應用廣泛，雖然具有輕質、耐用的特點，但失效往往也是災難性的。在這項新的解決方案中，折紙結構賦予了陶瓷零件的機械適應性，而聚合物涂層則提供了足夠的柔韌性，防止了突然斷裂。該成果有潛力拓展3D打印陶瓷的應用范圍。

陶瓷水凝膠浸漬增材制造技術

2025年，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL)以及瑞士洛桑聯邦理工學院的研究人員，都對借助浸漬水凝膠技術實現了陶瓷部件的3D打印成形（HIAM）進行了研究。

該技術實際上是將3D打印過程與陶瓷材料的制備過程進行了分離，首先使用3D打印技術制造所需形狀的水凝膠聚合物，然后將其浸泡在目標陶瓷的金屬鹽溶液中，陽離子就會轉移到水凝膠聚合物中，經過多次處理，水凝膠中的陽離子濃度得以大幅提升。隨后對這種水凝膠結構進行煅燒，去除所有有機成分并將金屬陽離子（即金屬鹽）轉化為金屬氧化物。

因為水凝膠材料的3D打印非常成熟而且簡便，這種方案能夠規避傳統增材制造技術面臨的一些挑戰。筆者注意到，今年有多項關于該技術的研究發表。

LLNL的研究發現，水凝膠支架的配方以及用于注入水凝膠的金屬鹽會影響最終陶瓷部件的質量和形貌。例如，水凝膠對陶瓷部件的孔隙率影響顯著，高濃度水凝膠配方可使陶瓷的宏觀結構裂紋更少。金屬鹽的類型也會影響孔隙率和形貌，氯化物鹽比硝酸鹽能形成更致密的微觀結構等。研究指出，只要前驅體原料得到充分優化，HIAM工藝就能成功制備出各種陶瓷材料。這項研究進一步加深了對陶瓷增材制造替代方法的理解。

3D打印深色陶瓷，用于高超音速領域

深色陶瓷是一種能夠承受高超音速飛行巨大壓力和條件的陶瓷材料，這種材料在極端大氣條件下具有更強的抗降解和抗失效能力。然而，深色陶瓷（如碳化硅）的3D打印相比淺色陶瓷（如氧化鋁）要困難。這是因為兩者與紫外光的相互作用方式不同。

淺色陶瓷在使用光固化成形過程中，光線會通過反射和散射光線促使樹脂發生交聯反應，而黑色陶瓷因為會大量吸收光線，從而影響固化過程。

美國研究機構采用粘結劑噴射3D打印制造的碳化硅陶瓷

據報道，來自普渡應用研究所(PARI)的一個研究團隊正在開發一種工藝，用于3D打印深色陶瓷復雜部件。該團隊采用的3D打印工藝類型為DLP技術，從樹脂材料、表面處理和打印性能等多個方面著手解決深色陶瓷固化所面臨的挑戰。該團隊已利用深色陶瓷打印出多種形狀的部件，包括用于高超音速飛機的尖錐體和半球體。不過，報道并沒有指出其所謂的深色陶瓷的具體是哪一種陶瓷。

在該領域，國內團隊其實要更為領先。2024年，乾度高科就宣布攻克了碳化硅深色陶瓷的3D打印成形難題，其具體方法是增加光源功率、延長曝光時間和通過調整感光劑等方法來提高黑色陶瓷的材料的光敏感性。奇遇科技也展示了其采用光固化3D打印的碳化硅陶瓷部件，而升華三維則展示了多所高校采用其擠出3D打印技術開展的碳化硅研究進展。

乾度高科為某衛星公司定制的碳化硅反射鏡（外徑大于500mm）

奇遇科技碳化硅陶瓷部件

升華三維3D打印的碳化硅反射鏡

陶瓷3D打印技術正在經歷從科研向應用爆發的轉折階段。本文講述的三個轉折案例，代表了科研界對提升陶瓷部件性能、新技術形式和難成形材料領域的探索，目的都是為了提升3D打印陶瓷的應用難題。

注：本文由3D打印技術參考創作，未經聯系授權，謝絕轉載。

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