“我們在該項目中解決的挑戰是將增韌解決方案與我們的3D打印過程集成在一起。”HRL項目首席研究員Mark O’Masta說，“我們現在可以大量添加這些增強材料，以顯著增強3D打印陶瓷零件的韌性。我們基本上是將脆性的單分子材料制成耐用的復合材料。作為一項額外的好處，添加鋼筋可以減輕某些處理方面的約束。”

研究人員開發了可用于增強復雜的3D打印陶瓷結構的陶瓷前聚合物。照片由HRL實驗室提供。

擴展3D打印陶瓷的應用

陶瓷3D打印技術可能仍處于起步階段，但是為了解決這個問題，常用的技術已經開始出現。已嘗試將直接墨水書寫（DIW）和熔融沉積建模（FDM）方法混合使用，但更常見的是，將光聚合（SLA）用于固化注入聚合物的原料。

在每種現有工藝中，在燒結陶瓷顆粒之前，都要對印刷的“生坯”進行兩步熱處理，以去除聚合物（脫脂）。現在，最近的研究已經產生了一種替代方法，該方法涉及通過使用硅氧烷基樹脂代替3D打印，然后通過熱解將其轉變為SiOC。這項新興的陶瓷制造技術省去了冗長的脫脂和燒結步驟，有可能使其成為傳統陶瓷印刷工藝的更快替代品。為了使這種新的基于溫度的方法有效地起作用，需要開發一種陶瓷材料，以解決該材料的低固有韌性并防止不良的粒子融合。

通過持續的測試，HRL團隊以他們的技術找到了“最佳點”，從而生產出具有高強度水平的復雜零件。

照片由HRL實驗室提供。

為了解決陶瓷固有的脆弱性，HRL團隊開發了一種新穎的工藝，需要開發陶瓷纖維增強的CMC。研究人員使用光引發劑和碳氧化硅（SiOC）材料的混合物配制了他們的新樹脂，該材料包含分散的惰性陶瓷顆粒。

利用Prodways ProMaker L5000工業打印機，研究人員隨后制造了一系列1.25（t）×2.5（h）×15（l）mm3的樣品，旨在評估和優化其配方。經過一系列的特性測試，該團隊發現了高水平的顆粒分散性，但在增強部件的拉伸強度方面也表現出奇怪的行為。事實證明，較厚的樣品比較薄的樣品更容易開裂，通過這一發現，HRL團隊確定了可以達到的增強水平的“最佳點”。添加過多的增強元素將超過其“堆積極限”，并削弱零件，而添加量不足，則可能使陶瓷容易破裂。

3D打印中的陶瓷創新

總部位于荷蘭的3D打印機制造商Admatec已推出一種模塊化的新型DLP 3D打印機，它也與陶瓷兼容：Admaflex300。該系統旨在滿足熔模鑄造行業生產大型氧化鋁零件和二氧化硅的需求。核或殼。

在其他地方，材料噴射專家XJet與Straumann合作，以提高其陶瓷3D打印技術在牙科領域的功能。通過采用XJet的增材制造系統，Straumann能夠使用通常易碎的材料設計和制造具有復雜幾何形狀的牙科零件。