复杂陶瓷结构混合SLS 3D打印工艺

2023年5月，南极熊获悉，瑞士南部应用科学与艺术大学(SUPSI) 的一项博士项目开发了一种用于创建复杂陶瓷结构的SLS新型混合3D打印工艺。Marco Pelanconi 取得了突破，他是帕多瓦大学Alberto Ortona 教授的博士生。



SUPSI 大学的混合材料实验室( HM Lab) 已经对陶瓷 3D 打印材料进行了二十年的研究。此实验室主要聚焦于聚合物和陶瓷基复合材料领域，以及多孔陶瓷材料的研究。主要研究活动涉及使用各种3D打印技术，用于生产具有高几何复杂性的陶瓷物体的新型增材制造方法。2019年，Ortona教授展示了多孔3D打印技术在陶瓷材料方面的潜力。Pelanconi 已成功通过同一研究领域的博士论文答辩。

作为他的毕业论文项目，Pelanconi 开发了一种优化的 3D 打印工艺来生产复杂的陶瓷结构：



●该方法主要是通过 SLS 3D 打印技术制造具有高微孔率的聚合物预制件，并结合陶瓷前聚合物的渗透。

●然后使用热解在大约 1000°C 下获得聚合物到陶瓷的转化。

●最终通过熔融硅渗透进行最终致密化，以获得高密度的陶瓷部件。



该项目使用了Sintratec打印机，此款打印机允许研究者们改变很多打印参数，包括粉末表面温度、层厚度、激光速度、孵化间距等等，从而可以轻松控制 3D 打印部件的孔隙率，可以说Sintratec打印机在项目研究过程中发挥了重要的角色。Pelanconi 说，通过改变这些因素，他能够获得理想的孔隙率和高质量的零件，这对于进一步渗透至关重要。




△在 Sintratec打印机中进行选择性激光烧结后，Marco Pelanconi 去除残留粉末以获得 PA12 部件

为了说明此种工艺在制造复杂零件形状上的优势，Pelanconi 的研究集中在两种具有不同拓扑结构的圆柱形多孔结构：旋转立方体和陀螺仪。在用Sintratec PA12 打印并随后转化为陶瓷后，所得部件表现出出色的机械和热性能，尽管零件收缩了约 25%，但它们仍然保持了原始形状，没有变形或宏观裂纹。根据 Pelanconi 的说法，通过进一步的工艺优化，可以使得双轴强度提高165MPa 。




△借助 Pelanconi 的工艺，可以快速高效地生产各种形状复杂的陶瓷

总结
复杂的陶瓷结构十分具有前途，因为这些类别的材料提供了比钢要好的热机械性能，例如耐高温、高抗氧化性、高抗热震性和高强度，因此，陶瓷非常适合用于极端环境，例如热交换器、催化剂载体、蓄热器、燃烧器或航空航天。这种创新方法由 HM 实验室的 Marco Pelanconi 提出，由于可从范围广泛的预陶瓷聚合物中获得许多不同的陶瓷材料，因此可以用于高科技行业。