供稿人 張海天、魯中良 供稿單位：西安交通大學(xué)精密微納制造技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2025-04-21
集多材料、多功能、復(fù)雜結(jié)構(gòu)于一體的高精度陶瓷元件在特種工業(yè)、生物醫(yī)藥、微電子、航空航天等領(lǐng)域呈現(xiàn)出越來越廣泛的應(yīng)用前景。目前，大多數(shù)增材制造技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)單一陶瓷材料或?qū)娱g均勻陶瓷分布，這對在任意空間內(nèi)形成多材料復(fù)雜結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重限制。
提出了一種基于還原光聚合和材料擠出復(fù)合工藝的多材料陶瓷激光固化增材連續(xù)成型系統(tǒng)，考慮到不同粘度陶瓷材料的特性，建立了“涂層-固化-吹塑-擠出-固化”循環(huán)工藝的多材料增材制造體系。結(jié)果表明，該技術(shù)可以生產(chǎn)精度高、界面結(jié)合好、無缺陷的多材料陶瓷零件。并且展現(xiàn)出了成型其他種類材料（例如金屬、水凝膠等）的巨大潛力。
圖1 （a） 多材料陶瓷添加劑連續(xù)成型的整體工藝流程。（b） 多噴嘴模塊的照片。（c） 進(jìn)料和打印平臺(tái)的照片。（d） 刮刀的照片。（e） 回收桶的照片
設(shè)計(jì)了一種典型的晶格結(jié)構(gòu)，研究了耦合過程中多陶瓷材料界面的鍵合質(zhì)量和微觀結(jié)構(gòu)，揭示了多材料界面處“間隙現(xiàn)象”的機(jī)制。此外，為了精確控制陶瓷漿料的擠壓厚度，提出了一種過程補(bǔ)償策略。在此基礎(chǔ)上，成功制造了具有高精度和堅(jiān)固界面結(jié)合的多材料組件。最終，生產(chǎn)出各種具有層內(nèi)和層間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜陶瓷部件，證明多材料陶瓷增材連續(xù)成型系統(tǒng)具有有效的連續(xù)成型能力。
圖2 （a） 多材料零件的成型示意圖。（b） 未補(bǔ)償?shù)某尚徒Y(jié)果。（c） 補(bǔ)償成型結(jié)果。（d） 間隙形成機(jī)制的示意圖
未來，多材料陶瓷激光固化增材連續(xù)成型系統(tǒng)可以是加強(qiáng)各種材料的集成，包括但不限于陶瓷、金屬、聚合物和水凝膠，充分利用耦合工藝連續(xù)成型技術(shù)提供的廣泛靈活性和高度自由度，促進(jìn)設(shè)計(jì)制造，不受空間位置、材料類型或結(jié)構(gòu)功能的限制，從而能夠在任何指定位置整合和定制各種材料。鑒于對高精度、大規(guī)模、多材料和多功能器件的需求快速增長，多材料陶瓷激光固化增材連續(xù)成型系統(tǒng)將在更廣泛的應(yīng)用中發(fā)揮更重要的作用。