陶瓷3D打印：從低迷中被喚醒，推動陶瓷走向工業應用的商業模式(2)
工藝與材料的結合
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事實上，目前能夠生產工程陶瓷的增材制造技術是基于漿料的各種3D打印技術，例如選擇性激光燒結（S-SLS）；基于漿料的 3D 打印 (S-3DP)；粘結劑噴射（BJ），熔融沉積建模（FDM）；直接噴墨打印（DIP）；立體光刻 (SLA)、光聚合 (DLP) 和 Robocasting（直接墨水書寫 DIW）。
研究表明，雖然基于擠壓的3D打印工藝 (FDM) 也用于加工經典陶瓷，但其他類型的增材制造工藝（越來越）多的應用在技術陶瓷領域。這些工業領域的技術陶瓷有多種配方可供選擇，例如，氧化鋁 (Al2O3)、氧化鋯、氮化硅、碳化硅以及通常稱為“陶瓷鋼”的氧化鋯 (ZrO2)。
除了最為業界熟知的光固化陶瓷3D打印工藝，最近的發展趨勢是Binder Jetting-粘結劑噴射工藝引起了業界的注意，根據3D科學谷的市場研究，目前該工藝的挑戰在于機器的粉末床密度應最大化，而所需的液體粘結劑體積應最小化以實現堅固的生坯部件。事實上，Binder Jetting -粘結劑噴射工藝可以在一次構建中生產數百甚至數千個綠色部件。然而，最經常遇到的缺點之一是低生坯強度和低表面光潔度質量。
高耐化學性、高強度和硬度——這種組合可以打開陶瓷以前無法實現的應用之門，并打破進入金屬和聚合物已經達到極限的市場。最新的發展趨勢是越來越致密的陶瓷產品，正在結合后處理技術，從而改變粘結劑噴射技術所制造的陶瓷產品的強度。國際上USNC通過粘結劑噴射3D打印技術制造核能領域的包覆燃料的基體和(或)包覆層的燃料元件。USNC將粘結劑噴射 3D 打印技術與化學蒸汽滲透工藝相結合，能夠更有效地制造反應堆組件，并且更加復雜。
還有一種獲得致密的陶瓷產品的3D打印技術是XJET的納米粒子噴射技術。XJET通過從超薄層中的噴墨噴嘴噴射數千滴陶瓷納米粒子來制造零件。使用這種基于噴墨和紫外線固化的方法，XJET可以獲得超高的陶瓷含量的毛坯件。
材料與軟件的結合
目前每種3D打印工藝可能都有其優缺點，但總的來說，遇到的問題是高燒制收縮、低密度和強度，以及與釉料的潛在不相容性。經常發現的其他缺陷包括材料掉落、粘連、分裂和剝落。雖然一些研究人員可能會看到制造定制機器的機會，但創造新材料以及交叉學科的處理工藝是當前可行的另外一種途徑。
另外一家企業，Tethon3D 強調了一個可追溯的替代方案：軟件工具。有趣的是Tethon3D將自己視為軟件公司而不是傳統陶瓷材料生產商的公司。聚合物材料科學中的技術改進和尋找改進粉末材料的方法處理正在加速。要知道為什么材料會被更改、升級或淘汰，如此快速地進行創新的帶來了非常多的信息交互挑戰，所以需要通過軟件來系統化的弄清楚如何從實驗室批次擴展到生產批次。
最后，規模化生產的關鍵不僅在于開發新材料，還在于提供正確的最終性能，同時簡化流程并確保安全問題。陶瓷 3D 打印的落腳點基本上是從研發開始，最后是原型。陶瓷 3D 打印的產業化應用潛力基于人們對陶瓷工具和小批量零件的興趣，這些行業包括航空航天和國防、化學工程和牙科的熔模鑄造。
在牙科的發展方面，目前Desktop Health獲得了FDA 批準永久使用的牙科樹脂，直接通過3D打印來制作全瓷牙冠，這一技術進展正在影響全瓷牙科市場。
© 3D科學谷白皮書
根據3D科學谷，目前的全瓷冠（如氧化鋯）CAM 銑削加工中，陶瓷零件是由預制毛坯在預燒結狀態下加工而成的，由于陶瓷固有強度較低，銑削加工中薄邊框可能會出現斷裂，從而導致設計和制造出來的零件之間出現明顯的差異。基于這個原因，薄邊框和邊緣通常需要在這些區域進行過度的輪廓設計，以防止加工過程中邊緣斷裂。然而，這也導致這些區域中大量的后處理工作。陶瓷3D打印技術為牙冠修復提供了新的設計自由度，同時有望克服標準陶瓷牙冠加工的技術限制。
基于 Tethon 3D 和 Showa Denko開發的 UV 樹脂的高純度氧化鋁 3D 打印。據稱這種高純度氧化鋁材料的負載量比其他領先的行業競爭對手高出 25%。由于較高的負載，燒結后 x、y 和 z 方向的收縮小于 10%。
© Tethon 3D
盡管陶瓷增材制造在設計自由度和零件功能方面提供了巨大的潛在改進。因此，缺乏嘗試新技術的動力是目前陶瓷 3D 打印的最大障礙。目前可以清楚地看到，隨著一些盈利的商業案例的公布，陶瓷行業真的從低迷中被喚醒了。因此，陶瓷增材制造市場最重要的重點是教育行業和最終用戶，特別是該技術的優勢，鼓勵采用并進一步傳播這種改變游戲規則的技術。
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