2.1　3D打印陶瓷原料与制备技术

陶瓷3D打印中，除了采用天然矿物原料制备紫砂等艺术瓷外，研究最多的、较成熟的高性能陶瓷主要为Al₂O₃、ZrO₂、SiC、Si₃N₄陶瓷。使用的原料形态主要为陶瓷粉体、陶瓷丝材、陶瓷片材和陶瓷浆料/膏体；按组成分为氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷，见表2-1。

表2-1　3D打印陶瓷材料分类

除了以上原料外，用于3D打印的无机非金属材料还有砂子、石墨烯、碳纤维以及部分复合材料等以无机非金属材料为主体的3D打印材料，本章不将其列为研究对象。

3D打印成形技术所用各种原料形态如表2-2所示。

表2-2　3D打印成形技术所用陶瓷原料形态

从表2-2可以看出，3DP（三维喷印）、SLS（激光选区烧结）和SLM（激光选区熔化）这三种成形技术，所用原料为粉体，要求粉体粒径尺寸小于100μm，具有较好的流动性。SL（立体光固化）和DLP（数字光处理）两种成形技术所用原料，是由陶瓷粉体、分散剂和其他外加剂组成的浆料，陶瓷粉体一般要求粒径尺寸小于1μm，具有较窄的粒径分布，不发生团聚以及具有良好的流动性；SL和DLP所用的陶瓷浆料固相含量一般需达到40%～60%（体积分数），黏度小于3000mPa·s。FDM（熔融沉积成形）技术要求丝材，陶瓷丝材要经过高温喷嘴熔化，所以对原料要求较高，除了满足基本的成形要求外，还要求原料具有一定的抗弯强度、抗压强度、抗拉强度和硬度。此外，为了保证最终零件的尺寸精度，还要求丝材陶瓷材料熔化后具有一定的黏度和流动性及较小的体积收缩。LOM（分层实体制造）技术要求片材，片材陶瓷厚度一般几十微米，一般由陶瓷粉体经过流延成形获得。EFF（挤出成形）和DIW（墨水直写成形）技术要求高固相含量的浆料或膏料，经由喷头挤出，成形出想要的陶瓷坯体形状，随后固化成形。