从高性能陶瓷打印终端使用部件

由于其特殊的结构和功能性能，高性能陶瓷组件主要用于热、机械或化学要求高的条件下。目前，这类部件很少使用增材制造(AM)生产。然而，由于时间和成本节约等许多积极因素，AM在未来的重要性将会增加。此外，还有非常积极的环境平衡，迈克尔·斯坦巴赫说斯坦巴赫AG) 这是一家位于德国德盟德的中型公司。在Steinbach的指导下，该部门在2016年初经历了动态扩张，公司购买了3D打印机和最先进的熔炉，使他们能够引入他们的产品线“Form Ceram”。

从泥浆中提取的组件

为了额外制造陶瓷元件，Steinbach使用了所谓的光刻陶瓷制造(LCM)工艺。根据Steinbach的说法，LCM是陶瓷材料的革命性制造工艺。起始材料是由陶瓷粉和uv光敏单体组成的悬浮液。专家将这种悬浮物称为“浆液”。紫外线照射导致材料聚合，从而使液体悬浮体凝固。

在打印之前，CAD数据被切割成各个层(层厚25微米)）.然后将搭建平台浸入泥浆中。紫外线照射导致聚合，将液体泥浆变成由陶瓷粉末和聚合物组成的固体。重复这个过程，直到达到所需的高度和轮廓。Steinbach说:“这些零件随后被清洗，并放入脱脂炉中长达6天。”“脱脂和烧结的热过程会从组件中去除聚合物含量(聚合物分解并排出气体)，确保高纯度的陶瓷状态，不含添加剂残留物。在脱脂步骤之后，组件在高达1600°c的温度下烧结长达两天。”

传统上，陶瓷部件是通过干压、注塑或研磨来制造和加工的。Steinbach说，技术陶瓷元件的添加剂生产比传统方法有几个优点。他解释说:“一个巨大的优势是消除了加工成本，这构成了一个重要的成本，特别是对中小型批量。”“使用我们的LCM工艺甚至可以让我们以低成本生产单个部件，而使用传统技术在经济上是不可行的。增材制造允许生产能够显示所需组件最终特性的原型，但它也适用于中小型系列生产。在Steinbach，我们主要从事系列生产。”

根据组件的预期用途，氧化铝或氧化锆目前在Steinbach的LCM工艺中用作陶瓷材料。对于氧化锆，最大零件尺寸为56 × 31 × 110 mm;对于氧化铝，这稍微大一些，最大高度为117毫米。由于脱脂过程中，聚合物部分被烧出组件，壁厚目前被限制在4毫米最大。较厚的壁厚显著增加热处理开裂的概率。Steinbach解释说，大于4毫米的墙壁可以通过设计调整来实现，如侵入、穿透或凹陷。Steinbach目前正在测试一种由氧化铝制成的新泥浆，这种泥浆可以增加壁厚。

根据Steinbach的说法，LCM工艺比激光烧结更精确，激光烧结工艺可以生产比LCM技术更大的部件。该工艺的准确性主要取决于烧结过程中发生的收缩。Steinbach说:“我们能够控制生产过程中的收缩过程。”“发生的收缩相当于长度的±1%，但不超过±0.1毫米。不经过后处理的表面质量为Ra 0.4。X轴和Y轴的打印分辨率为40微米，Z轴为25微米，与传统制造的部件几乎没有区别。”

开拓应用新领域

Steinbach相信，技术陶瓷的增材制造工艺将继续进步。“例如，陶瓷可以用于生产高磨损的零部件。机器通常有金属或塑料部件，这些部件承受大量摩擦和温度波动，从而导致更短的使用寿命。“陶瓷元件可以帮助改善这种情况;然而，许多人不愿意投资昂贵的工具，并忍受这涉及的停机时间。创建一个特殊的工具或模具通常只有当它涉及的数量超过数万个单位时才有意义。增材制造是生产小批量甚至单个部件的一种经济有效的替代方法。较低的单位成本可能为陶瓷零件开辟全新的应用领域。”

为了帮助他们更快、更低成本、更以客户为中心的服务，该公司最近与Protiq GmbH合作，集中了其在陶瓷方面的专业知识。Protiq是Phoenix Contact Group的成员，它开发了一个上传和配置3D模型的门户网站，然后可以用于直接启动订单和打印增层制造的工作。