美國實現高分子陶瓷3D打印
2017-09-06 11:45 來源: 高分子科技 編輯:必威88官方网站

 利用3D打印技術,可以製備出傳(chuan) 統成型技術難以或無法獲得的各種複雜形狀的陶瓷產(chan) 品。我們(men) 可以將陶瓷粉末與(yu) 塑料等粘結劑進行均勻混合,製備出所需的打印材料,然後通過計算機輔助,設計出客戶所需的各種形狀,並通過打印機打印出所需的產(chan) 品,因此3D打印陶瓷技術成為(wei) 科研人員關(guan) 注的一個(ge) 重要技術發展方向。


 但是3D打印陶瓷技術往往會(hui) 造成材料中微小的缺陷,導致成品容易出現裂紋,其主要原因在於(yu) :原料中加入了大量的粘結劑,3D打印過程中粉體(ti) 經粘結劑粘合,形成不同形狀的陶瓷素坯,這種方法獲得的陶瓷素坯密度較低,然後再在高溫燒結爐中燒結,在燒結過程中,粘結劑排出產(chan) 生大量氣體(ti) 容易形成裂紋。因此目前利用3D打印技術製備陶瓷應用還不是非常廣泛。

 目前,有美國團隊已經成功通過3D打印技術獲得比較完整的陶瓷產(chan) 品,成品率較高,這些思路值得我們(men) 借鑒。美國HRL實驗室的科研人員實現了高分子陶瓷的3D打印,采用該方法製備高強度陶瓷產(chan) 品。HRL實驗室科研人員采用了一種新思路:先將可以轉變成陶瓷的原料進行3D打印,再進行處理轉變為(wei) 陶瓷產(chan) 品。


 HRL團隊首先開發出一種可3D打印的陶瓷聚合物前體(ti) ,在激光打印成型後再進行加熱使之變成陶瓷,這種聚合物材料支持常見的激光3D打印技術,可以打印出複雜度更高的陶瓷物體(ti) ,且速度比傳(chuan) 統的立體(ti) 選擇性激光打印方法快100~1000倍。


 更重要的是,HRL公司發明的這種3D打印聚合物,陶瓷強度高達當前商用泡沫陶瓷的10倍。據了解,高強度耐高溫陶瓷材料在航天工業(ye) 有重要的用途,航天器中大量采用陶瓷元件,例如機翼板和軌道火箭的內(nei) 部結構。


 目前,美國國防部高級研究計劃局(DARPA)已經授予該團隊燒蝕陶瓷外殼的開發合同,該外殼將用於(yu) 航天器的隔熱層,用於(yu) 抵禦返回大氣層時產(chan) 生的熱量。


 該方法未來可在航空航天領域得到廣泛使用,比如發動機渦輪葉片,防護隔熱材料,新型隱身武器吸波材料,大型空間反射鏡和空間反射鏡支撐結構件等等,這些結構材料往往形狀比較複雜,利用傳(chuan) 統的技術方法製備成本較高或者周期較長,我們(men) 可以找到相應結構材料所對應的前驅體(ti) 聚合物,采用該3D打印技術來解決(jue) 這些難題。


 此外,美國Amedica公司也宣布首次使用一種被稱為(wei) 機械沉積的3D打印技術製造出複雜的氮化矽3D結構。所謂機械沉積,是一種使用致密陶瓷和複合材料進行高膠態泥漿層積的成型技術。這一工藝可以使用更少的粘結劑,而且陶瓷可以在24h之內(nei) 完全燒結。


 鑒於(yu) 上述優(you) 點,Amedica目前正在推進3D打印氮化矽植入物的商業(ye) 化,而且這種3D打印的植入裝置可以通過控製其孔隙率水平以滿足特定的臨(lin) 床需求。據稱,這種獨特的製造工藝在氮化矽植入物成型製造方麵有很好的前景,同時也可以定製化製造,用於(yu) 細胞分化和新生血管的骨支架


 利用該3D打印技術可生產(chan) 優(you) 質醫療植入物,如脊柱植入物,髖部植入物,其優(you) 勢在於(yu) :植入物進入人體(ti) 後,有機骨骼生長的過程中很容易滋生細菌,引起並發症,而氧化矽具有抗菌的效果,同時可以減少植入物和周圍骨骼間的生物膜吸收蛋白質、細胞和養(yang) 分,從(cong) 而促進骨骼的生長。

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