在30分钟内打印并烧结出一个陶瓷牙冠已成为现实！

2025年2月，南极熊获悉，德克萨斯大学(UT Dallas)的研究团队开发了一种名为超快热脱脂(Ultra-Fast Thermal Debinding, UFTD)的新型技术，可以在短短30分钟内完全去除粘合剂。研究利用了氧化锆浆料和Tethon 3D提供的陶瓷立体光刻3D打印机进行实验。


△不同加工阶段的样品比较：(A)-(B) 超快速热脱脂 (UFTD-30) 工艺后的白色坯体和黑色烧结样品。(C) 随后在空气中进行热处理 (UFTD) 后颜色转变为白色。

Tethon 3D的愿景与市场定位
Tethon 3D的首席执行官Trent Allen指出：“在30分钟内就能打印并烧结出一个牙冠已经成为现实！在陶瓷增材制造领域，我们提供了经济的材料和硬件。目标是为价格敏感度更高的牙科市场提供受欢迎的解决方案。”

VPP技术及其挑战
光聚合(Vat Photopolymerization, VPP)是一种强大的陶瓷3D打印方法，能够实现高分辨率和精细结构的创建。然而，传统热脱脂工艺需要20到100小时才能完成粘合剂的去除步骤，这极大地增加了成本并延迟了生产周期，限制了VPP技术在工业上的应用潜力。

UFTD技术的优势
通过结合真空热解和多孔石墨毡的快速加热功能，UFTD技术显著加速了粘合剂的去除过程，同时保持了结构的完整性。与传统方法相比，这种新技术可以将处理时间缩短40到200倍，并减少高达3500倍的能耗。


△(A)- (B)工作概述:传统热脱脂与超快速热脱脂(UFTD)；(C)打印件

工艺细节及效果展示
UFTD工艺利用真空条件和高速加热循环来高效脱脂。具备每秒约100°C的加热速率，在多个温度下具有特定的停留时间，最终在1450°C下烧结2.5分钟。这种方法不仅消除了聚合物残留物，还为氧化锆部件提供了高质量的烧结准备，不会产生裂纹或缺陷。


△快速热脱脂工艺；(A)-(C)在室温、中间温度(~ 1050°C)和高温(~ 1400°C)下工艺过程中拍摄的照片；(D)通过UFTD烧结的3YSZ复杂几何形状；(E)通过UFTD的脱脂机制的示意图。

尽管加热速度极快，UFTD仍然维持了优异的机械性能。经UFTD处理的样品孔隙率与传统脱脂部件相当，保持在4.2%至4.3%，晶粒结构良好且维氏硬度达到15.5 GPa，与传统工艺效果相近。

前景展望
UFTD方法为那些需要快速生产周期的行业如牙科、航空航天以及电子精密打印陶瓷绝缘体等开辟了新的可能性，标志着陶瓷增材制造的重大进步，将脱脂时间从数天缩短到了几分钟，同时确保了产品质量。这一创新使得VPP成为一种高效的工业规模陶瓷生产方法，实现了更快的周转时间、更低的成本和最小化的能源消耗。