陶瓷3D打印的常用材料、常用工藝和后處理
時間：2023-03-22 10:11 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
導讀：陶瓷材料具有多種獨特特性，包括堅硬、光滑、耐溫性高等特點，已廣泛應用于各種領域。3D打印陶瓷可用于醫(yī)療部件、高溫航空部件等工業(yè)應用，也可用于裝飾用途，例如陶器和藝術品。由于材料本身的特性，3D打印過程通常使用專門的3D打印機，打印件必須經(jīng)過后處理過程。制作最終的陶瓷部件通常比普通的塑料打印件需要更長的時間。那么陶瓷3D打印中最常用的材料有哪些？陶瓷3D打印的工藝分為哪幾種？后處理是什么？
材料
△用于 3D 打印的陶瓷材料可以有多種形式，包括光樹脂和粉末
陶瓷 3D 打印的獨特之處當然在于材料。在藝術界，術語“陶瓷”和“粘土”經(jīng)常互換使用，以描述用于制作陶器的不同材料。粘土確實是陶瓷的一種，但并不是所有的陶瓷都是由粘土制成的。實際上，陶瓷包含多種材料，這些材料在高溫下加熱時會硬化，這一過程稱為燒制。
以下是陶器3D打印中最常用的材料：
●赤土陶器是一種最常用的陶瓷之一，通常用于花盆，它具有多孔的特性且材料容易獲得。它的紅色調(diào)來自于在窯爐中燒制時形成的氧化鐵，陶土可以在 FDM 系統(tǒng)中擠壓成型，并且比大多數(shù)粘土陶瓷更堅韌。
●瓷器是二氧化硅和粘土的混合物。它有硬質(zhì)瓷器、軟質(zhì)瓷器和骨瓷三個品種。硬釉瓷器是用于精美瓷器的品種，主要由混合石英和長石的高嶺土制成。軟糊具有相似的成分，但它在較低溫度下燒制，因此最終產(chǎn)品不像硬糊那樣堅硬。如今，骨瓷由骨灰、高嶺土和長石制成。可以用 FDM 擠壓工藝制造瓷器、或是以陶瓷光樹脂的形式進行3D打印，或者以粉末形式用粘合劑噴射粘合在一起。
●陶器通常在燒制之前用泥漿（粘土和水的高度流動混合物）進行精加工，以改善表面紋理并使其防水。它在這個過程中被燒制但沒有玻璃化（變成玻璃狀），所以它的表面比瓷器更粗糙。可以3D打印擠出制造陶器，WASP是生產(chǎn)陶瓷3D打印機的最著名公司之一。
●炻器是一種在高溫下燒制的無孔陶器。雖然它是防水的，但出于美觀目的，通常會使用釉料。炻器在 3D 打印中最常見。
陶瓷燈絲
△除了陶器，陶瓷細絲也非常適合其他美學應用，例如這款表殼
除了可以用特殊3D打印機直接擠出陶瓷材料外，還有可以在普通FDM 3D打印機上打印陶瓷基細絲。這些細絲通常是聚合物基粘合劑和陶瓷材料的復合材料。像其他長絲一樣，它們纏繞在線軸上，但通常在經(jīng)過最后的加熱階段之前，會變得十分脆。在燒制過程中，聚合物被燒掉，只留下陶瓷材料，一些細絲需要單獨的脫脂過程以將聚合物與陶瓷材料分離。
市場上有幾家公司生產(chǎn)陶瓷燈絲，包括Spectrum 燈絲、LayCeramic和Zetamix。這些細絲往往比陶器等標準陶器材料貴得多。直徑為 2.85 毫米的 LayCeramic 成本約為每公斤 140 美元，而直徑為 1.75 毫米的 Zetamix 氧化鋯基燈絲的價格約為每公斤 650 美元。
陶瓷3D打印
△Wasp粘土擠壓機
如今，陶瓷的3D打印方式多種多樣，每種方式各有優(yōu)缺點。打印陶瓷的最具成本效益的方式是通過擠壓，但它的精度也最低。樹脂打印和粘合劑噴射能夠提供更高水平的精度，但價格昂貴。
擠壓3D打印
基于粘土擠壓的3D打印系統(tǒng)是為陶器應用制造陶瓷部件的最常見方式。最流行的粘土擠壓系統(tǒng)之一是 Wasp 的 delta 粘土打印機系列，可以使用氣動裝置將粘土推出擠壓噴嘴，也可以使用電機驅(qū)動的螺旋結構推出材料。
陶瓷絲的出現(xiàn)使得普通的FDM機器也可以用來打印陶器。但是，由于脫脂過程，打印品會收縮變小。例如，當所有的聚合物都被燒掉后，LayCeramic 細絲會收縮多達四分之一，所以設計陶器的幾何形狀時必須更加謹慎，使其在收縮階段保持一體，壁厚在設計上需要加厚，Zetamix建議其氧化鋯長絲厚度設計為2mm。使用這些復合材料時，通常首選更寬的噴嘴直徑，推薦使用0.6mm噴嘴而不是標準的0.4mm噴嘴，噴嘴應為硬化鋼或可承受磨蝕性材料的鋼材。
其他3D打印
△精度更高的打印機意味著價格也更高
陶瓷也可以使用兼容的樹脂3D打印機和粘合劑噴射系統(tǒng)生產(chǎn)。這些機器往往更多地用于技術陶瓷應用，但也可以使用光聚合物系統(tǒng)生產(chǎn)小型、高度精細的裝飾性陶器組件。在打印之前需要制備陶瓷和聚合物混合物，比如Formlabs 的陶瓷樹脂和 Tethon3D 的Porcelite。陶瓷樹脂由于較重會對打印過程造成一定的難度，它比大多數(shù)塑料重得多，因此要讓零件光滑平整的涂覆在工作平臺上是具有挑戰(zhàn)性的。
粘合劑噴射系統(tǒng)也可用來打印陶瓷部件，例如 Kwambio 的陶瓷打印機，它利用粉末床系統(tǒng)來生產(chǎn)高精度陶瓷零件。粉末狀陶瓷通過專有粘合劑逐層粘合在一起，以保持打印部件的形狀，即“生坯狀態(tài)”，直到可以上釉和燒制為止。粘合劑噴射陶瓷是一個非常專業(yè)的過程，需要專用機器，因此不是每個粘合劑噴射打印機都能生產(chǎn)的。雖然可以使用這些 3D 打印方法制作陶器，但所需的機器非常昂貴——通常起價為五位數(shù)。因此，這些方法對于普通消費者來說是遙不可及的。
后處理
△與傳統(tǒng)陶器一樣，3D 打印陶器必須在窯中燒制
對于直接打印陶瓷材料的擠出系統(tǒng)，可根據(jù)所使用的材料和零件的尺寸，將打印件干燥一到兩周。然后將干燥的打印品在窯中燒制，這一過程稱為素瓷燒制。最后，上釉，然后對版畫進行上釉燒制。窯爐價格昂貴，因此很多人選擇將燒制過程外包。由于工藝往往與燒制任何傳統(tǒng)陶瓷相同，因此通常不需要專門的窯爐和釉料。
對于使用普通FDM打印機打印的陶瓷細絲，后處理稍微復雜一些。在燒制打印件之前，某些細絲需要進行脫脂處理。例如，Zetamix 的氧化鋯燈絲在部件打印后需要兩個階段的過程。首先，必須將零件放入丙酮化學浴中以溶解粘合劑，然后在裝滿粉末的坩堝中燒制以熱去除剩余的粘合劑，整個后期處理需要兩天多的時間。在開始使用陶瓷復合材料絲之前，請務必仔細閱讀制造商的說明，因為具體材料的使用方法可能會有很大差異。
應用
△3D 打印機已成為一些陶藝家藝術實踐的一部分
陶瓷 3D 打印激發(fā)了新一代藝術家、雕塑家和建筑師的靈感，可制造華麗且精細的物品，而這些形狀使用傳統(tǒng)陶瓷工藝是不可能實現(xiàn)的。從陶器到建筑設計應用，設計師們正在尋找制作陶瓷的新方法。Jonathon Keep、 Kate Blacklock和 Emre Can等陶瓷藝術家 一直在使用 3D 打印工藝為博物館和私人收藏創(chuàng)作陶瓷作品，效果驚人而獨特。
近年來，3D 打印機已被用于擠壓陶土來制作獨特的屋頂瓦片、 人工魚礁，甚至整個建筑物，比如荷蘭歷史名城代爾夫特的藍色陶瓷拱門以及 Ceramic Morphologies 的 3D 打印陶瓷展館，這些都展現(xiàn)了陶瓷3D打印的潛力。
打印服務
△陶瓷 3D 打印的簡單方法
由于 3D 打印和后處理陶瓷是一個相當復雜的過程，需要專門的機器和打印件在窯中如何反應的知識，因此3D打印服務出現(xiàn)在市場中。如果您只是嘗試一個想法，不想親自購買完整的設置，那么這絕對是您的不二之選。
Kwambio是一家專門的陶瓷 3D 打印服務公司，該公司基于粉末床技術開發(fā)了自己的陶瓷 3D 打印機，他們的網(wǎng)站上有陶瓷零件設計指南，如果設計有任何問題，他們的工程師會在生產(chǎn)零件之前向您提供反饋。您只需在他們的網(wǎng)站上上傳文件或草圖，然后就可以等待著收到陶瓷零件了。
打印機選項
△Eazao 提供了一種相對實惠的陶瓷3D打印機
如上所述，3D 打印機可以打印從高嶺土和瓷土到炻器和陶土的任何東西。以下是幾個打印機的推薦：
●Eazao Zero：這是一款相對經(jīng)濟的擠出機，開箱即用，只需899美元，Eazao Zero就可以擠出大多數(shù)粘土并且不需要空氣壓縮機，因此非常適合桌面使用。它的構建體積為 150 x 150 x 240mm，可以生產(chǎn) 0.4 mm到 1mm的層，還可以使用0.6mm到 1.5mm的擠出噴嘴進行操作。總的來說，這是開始自己制作陶瓷藝術品的一種非常劃算的方式，如果想完成整個陶器生產(chǎn)過程，他們還提供 1,099 美元的電窯。
●Delta Wasp 2040：這款著名的粘土打印機售價約 3,500 美元，可生產(chǎn)高達 40 厘米的零件。由于它是一個開放式 delta 機器人，因此可以在打印過程中與正在打印的作品進行交互。這對于想要在制作過程中進行修改的藝術家來說非常有用。Delta Wasp 20240 可以與各種陶瓷混合物一起使用，例如瓷器和陶器。此外，Wasp 以 16 美元（12.5 千克）的價格出售紅色陶器粘土混合物。
材料
△用于 3D 打印的陶瓷材料可以有多種形式，包括光樹脂和粉末
陶瓷 3D 打印的獨特之處當然在于材料。在藝術界，術語“陶瓷”和“粘土”經(jīng)常互換使用，以描述用于制作陶器的不同材料。粘土確實是陶瓷的一種，但并不是所有的陶瓷都是由粘土制成的。實際上，陶瓷包含多種材料，這些材料在高溫下加熱時會硬化，這一過程稱為燒制。
以下是陶器3D打印中最常用的材料：
●赤土陶器是一種最常用的陶瓷之一，通常用于花盆，它具有多孔的特性且材料容易獲得。它的紅色調(diào)來自于在窯爐中燒制時形成的氧化鐵，陶土可以在 FDM 系統(tǒng)中擠壓成型，并且比大多數(shù)粘土陶瓷更堅韌。
●瓷器是二氧化硅和粘土的混合物。它有硬質(zhì)瓷器、軟質(zhì)瓷器和骨瓷三個品種。硬釉瓷器是用于精美瓷器的品種，主要由混合石英和長石的高嶺土制成。軟糊具有相似的成分，但它在較低溫度下燒制，因此最終產(chǎn)品不像硬糊那樣堅硬。如今，骨瓷由骨灰、高嶺土和長石制成。可以用 FDM 擠壓工藝制造瓷器、或是以陶瓷光樹脂的形式進行3D打印，或者以粉末形式用粘合劑噴射粘合在一起。
●陶器通常在燒制之前用泥漿（粘土和水的高度流動混合物）進行精加工，以改善表面紋理并使其防水。它在這個過程中被燒制但沒有玻璃化（變成玻璃狀），所以它的表面比瓷器更粗糙。可以3D打印擠出制造陶器，WASP是生產(chǎn)陶瓷3D打印機的最著名公司之一。
●炻器是一種在高溫下燒制的無孔陶器。雖然它是防水的，但出于美觀目的，通常會使用釉料。炻器在 3D 打印中最常見。
陶瓷燈絲
△除了陶器，陶瓷細絲也非常適合其他美學應用，例如這款表殼
除了可以用特殊3D打印機直接擠出陶瓷材料外，還有可以在普通FDM 3D打印機上打印陶瓷基細絲。這些細絲通常是聚合物基粘合劑和陶瓷材料的復合材料。像其他長絲一樣，它們纏繞在線軸上，但通常在經(jīng)過最后的加熱階段之前，會變得十分脆。在燒制過程中，聚合物被燒掉，只留下陶瓷材料，一些細絲需要單獨的脫脂過程以將聚合物與陶瓷材料分離。
市場上有幾家公司生產(chǎn)陶瓷燈絲，包括Spectrum 燈絲、LayCeramic和Zetamix。這些細絲往往比陶器等標準陶器材料貴得多。直徑為 2.85 毫米的 LayCeramic 成本約為每公斤 140 美元，而直徑為 1.75 毫米的 Zetamix 氧化鋯基燈絲的價格約為每公斤 650 美元。
陶瓷3D打印
△Wasp粘土擠壓機
如今，陶瓷的3D打印方式多種多樣，每種方式各有優(yōu)缺點。打印陶瓷的最具成本效益的方式是通過擠壓，但它的精度也最低。樹脂打印和粘合劑噴射能夠提供更高水平的精度，但價格昂貴。
擠壓3D打印
基于粘土擠壓的3D打印系統(tǒng)是為陶器應用制造陶瓷部件的最常見方式。最流行的粘土擠壓系統(tǒng)之一是 Wasp 的 delta 粘土打印機系列，可以使用氣動裝置將粘土推出擠壓噴嘴，也可以使用電機驅(qū)動的螺旋結構推出材料。
陶瓷絲的出現(xiàn)使得普通的FDM機器也可以用來打印陶器。但是，由于脫脂過程，打印品會收縮變小。例如，當所有的聚合物都被燒掉后，LayCeramic 細絲會收縮多達四分之一，所以設計陶器的幾何形狀時必須更加謹慎，使其在收縮階段保持一體，壁厚在設計上需要加厚，Zetamix建議其氧化鋯長絲厚度設計為2mm。使用這些復合材料時，通常首選更寬的噴嘴直徑，推薦使用0.6mm噴嘴而不是標準的0.4mm噴嘴，噴嘴應為硬化鋼或可承受磨蝕性材料的鋼材。
其他3D打印
△精度更高的打印機意味著價格也更高
陶瓷也可以使用兼容的樹脂3D打印機和粘合劑噴射系統(tǒng)生產(chǎn)。這些機器往往更多地用于技術陶瓷應用，但也可以使用光聚合物系統(tǒng)生產(chǎn)小型、高度精細的裝飾性陶器組件。在打印之前需要制備陶瓷和聚合物混合物，比如Formlabs 的陶瓷樹脂和 Tethon3D 的Porcelite。陶瓷樹脂由于較重會對打印過程造成一定的難度，它比大多數(shù)塑料重得多，因此要讓零件光滑平整的涂覆在工作平臺上是具有挑戰(zhàn)性的。
粘合劑噴射系統(tǒng)也可用來打印陶瓷部件，例如 Kwambio 的陶瓷打印機，它利用粉末床系統(tǒng)來生產(chǎn)高精度陶瓷零件。粉末狀陶瓷通過專有粘合劑逐層粘合在一起，以保持打印部件的形狀，即“生坯狀態(tài)”，直到可以上釉和燒制為止。粘合劑噴射陶瓷是一個非常專業(yè)的過程，需要專用機器，因此不是每個粘合劑噴射打印機都能生產(chǎn)的。雖然可以使用這些 3D 打印方法制作陶器，但所需的機器非常昂貴——通常起價為五位數(shù)。因此，這些方法對于普通消費者來說是遙不可及的。
后處理
△與傳統(tǒng)陶器一樣，3D 打印陶器必須在窯中燒制
對于直接打印陶瓷材料的擠出系統(tǒng)，可根據(jù)所使用的材料和零件的尺寸，將打印件干燥一到兩周。然后將干燥的打印品在窯中燒制，這一過程稱為素瓷燒制。最后，上釉，然后對版畫進行上釉燒制。窯爐價格昂貴，因此很多人選擇將燒制過程外包。由于工藝往往與燒制任何傳統(tǒng)陶瓷相同，因此通常不需要專門的窯爐和釉料。
對于使用普通FDM打印機打印的陶瓷細絲，后處理稍微復雜一些。在燒制打印件之前，某些細絲需要進行脫脂處理。例如，Zetamix 的氧化鋯燈絲在部件打印后需要兩個階段的過程。首先，必須將零件放入丙酮化學浴中以溶解粘合劑，然后在裝滿粉末的坩堝中燒制以熱去除剩余的粘合劑，整個后期處理需要兩天多的時間。在開始使用陶瓷復合材料絲之前，請務必仔細閱讀制造商的說明，因為具體材料的使用方法可能會有很大差異。
應用
△3D 打印機已成為一些陶藝家藝術實踐的一部分
陶瓷 3D 打印激發(fā)了新一代藝術家、雕塑家和建筑師的靈感，可制造華麗且精細的物品，而這些形狀使用傳統(tǒng)陶瓷工藝是不可能實現(xiàn)的。從陶器到建筑設計應用，設計師們正在尋找制作陶瓷的新方法。Jonathon Keep、 Kate Blacklock和 Emre Can等陶瓷藝術家 一直在使用 3D 打印工藝為博物館和私人收藏創(chuàng)作陶瓷作品，效果驚人而獨特。
近年來，3D 打印機已被用于擠壓陶土來制作獨特的屋頂瓦片、 人工魚礁，甚至整個建筑物，比如荷蘭歷史名城代爾夫特的藍色陶瓷拱門以及 Ceramic Morphologies 的 3D 打印陶瓷展館，這些都展現(xiàn)了陶瓷3D打印的潛力。
打印服務
△陶瓷 3D 打印的簡單方法
由于 3D 打印和后處理陶瓷是一個相當復雜的過程，需要專門的機器和打印件在窯中如何反應的知識，因此3D打印服務出現(xiàn)在市場中。如果您只是嘗試一個想法，不想親自購買完整的設置，那么這絕對是您的不二之選。
Kwambio是一家專門的陶瓷 3D 打印服務公司，該公司基于粉末床技術開發(fā)了自己的陶瓷 3D 打印機，他們的網(wǎng)站上有陶瓷零件設計指南，如果設計有任何問題，他們的工程師會在生產(chǎn)零件之前向您提供反饋。您只需在他們的網(wǎng)站上上傳文件或草圖，然后就可以等待著收到陶瓷零件了。
打印機選項
△Eazao 提供了一種相對實惠的陶瓷3D打印機
如上所述，3D 打印機可以打印從高嶺土和瓷土到炻器和陶土的任何東西。以下是幾個打印機的推薦：
●Eazao Zero：這是一款相對經(jīng)濟的擠出機，開箱即用，只需899美元，Eazao Zero就可以擠出大多數(shù)粘土并且不需要空氣壓縮機，因此非常適合桌面使用。它的構建體積為 150 x 150 x 240mm，可以生產(chǎn) 0.4 mm到 1mm的層，還可以使用0.6mm到 1.5mm的擠出噴嘴進行操作。總的來說，這是開始自己制作陶瓷藝術品的一種非常劃算的方式，如果想完成整個陶器生產(chǎn)過程，他們還提供 1,099 美元的電窯。
●Delta Wasp 2040：這款著名的粘土打印機售價約 3,500 美元，可生產(chǎn)高達 40 厘米的零件。由于它是一個開放式 delta 機器人，因此可以在打印過程中與正在打印的作品進行交互。這對于想要在制作過程中進行修改的藝術家來說非常有用。Delta Wasp 20240 可以與各種陶瓷混合物一起使用，例如瓷器和陶器。此外，Wasp 以 16 美元（12.5 千克）的價格出售紅色陶器粘土混合物。
(責任編輯：admin)
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