陶瓷是一种传统的无机材料，精美实用，已经有了上千年的历史。硬而脆的特点使陶瓷材料加工成形尤其困难，传统陶瓷制备工艺只能制造简单三维形状的产品，而且成本高、周期长。陶瓷3D打印技术的发展使复杂陶瓷产品制备成为可能，3D打印技术所具有的操作简单、速度快、精度高等优点给陶瓷注入了新的活力。

陶瓷3D打印的主要几种技术

目前陶瓷3D打印成形技术主要可以分为喷墨打印技术(IJP)、熔融沉淀技术(FDM)、分层实体制造技术(LOM)、选择性激光烧结技术(SLS) 和立体光固化技术(SLA)。使用这些技术打印得到的陶瓷坯体经过高温脱脂和烧结后便可得到陶瓷零件。根据成形方法和使用原料的不同，每种打印技术都有自己的优缺点，发展程度也有差距。

陶瓷3D打印主要材料

硅酸铝陶瓷 

硅酸铝是一种硅酸盐，其化学式为Al2SiO5，密度为2.8到2.9克/立方厘米。具有广泛的用途：

1.用于玻璃、陶器、颜料及油漆的填料；

2.是涂料中的钛白粉和优质高岭土的理想替代品，与颜料配合广泛用于油漆、皮革、印染、油墨、造纸、塑料、橡胶等方面；

3.用来制作耐高温防火隔音隔热棉、板、管、缝毡、防火隔热布、耐高温纸、耐火保温绳、带、防火保温针刺毯(有甩丝、喷吹)、砖，无机防火装饰板。无机防火卷帘等；

4.用作胶黏剂和密封剂的填充剂，能够提高硬度、白度、耐磨性、耐候性、贮存稳定性。 

但是传统的制造工艺，生产效率低，复杂制件难以成型，限制了其在其它领域内的广泛使用，利用3D打印技术，将硅酸铝陶瓷粉体用于3D打印陶瓷产品。

3D打印的该陶瓷制品不透水、耐热(可达600°C)、可回收、无毒，但其强度不高，可作为理想的炊具、餐具(杯、碗、盘子、蛋杯和杯垫)和烛台、瓷砖、花瓶、艺术品等家居装饰材料。英国布里斯托的西英格兰大学(UWE)的研究人员开发出了一种改进型的3D打印陶瓷技术，该技术可用于定制陶瓷餐具，比如漂亮的茶杯和复杂的装饰物。根据CAD数据可直接进行打印、烧制、上釉和装饰，消除了先前陶瓷产品原型没法过火或测试釉质的问题。 

Ti3SiC22陶瓷  

在1972年，Nickl等人采用化学气相沉积(CVD)法制备单晶时，发现了特别软的碳化物Ti3SiC2。其硬度表现为各向异性，垂直于基面的硬度是平行于基面硬度的三倍。近年来，Ti3SiC2三元层状碳化物因其兼具陶瓷和金属的优异性能而成为研究热点。与超合金相比，Ti3SiC2具有优异的高温性能和疲劳损伤性能。在Ti3SiC2晶胞中，共棱的Ti6C八面体被紧密堆积的Si原子层所分隔，其中Ti与C之间为典型的强共价键，而Si原子层平面与Ti之间为类似于石墨层间的弱结合。Ti3SiC2熔点高达3000℃，在1700℃以下真空及惰性气氛中不分解。

Ti3SiC2结构中存在的层间弱结合力价键使其具有平行于基面的开裂能力，在断裂时表现出R曲线行为，韧性可达16MPa·m1/2.  Ti3SiC2陶瓷的制备方法通常有自蔓延高温反应法、等离子放电烧结法、反应热压法等。以上工艺都需要采用成型模具，这些模具的制造成本高且周期长，如果部件形状太复杂，则可操作性差。这些因素制约了Ti3SiC2陶瓷的应用，而三维打印成型工艺可克服以上工艺的不足。 

W．Sun等人的研究表明，采用三维打印制备的Ti3SiC2陶瓷件孔隙率高达50％～60％，而三维打印结合冷等静压和烧结工艺可制备出致密的Ti3SiC2陶瓷，致密度可达99％。制备过程为：先采用反应热压法将Ti、石墨和SiC反应生成Ti3SiC2，然后研磨成Ti3SiC2粉体；Ti3SiC2粉体与水溶基粘结剂混合干燥后球磨过筛，Ti3SiC2粉体颗粒表面被粘结剂包覆，过筛后的颗粒直径为40um；

在三维打印过程中，水基溶液喷射在包覆粘结剂的Ti3SiC2，颗粒粉体上，Ti3SiC2颗粒被粘结成具有特定形状的颗粒预制体；在冷等静压过程中Ti3SiC2颗粒预制体被致密化；烧结过程中，致密化的Ti3SiC2颗粒预制体被烧结成致密的陶瓷。  以上复合工艺具有显著的优点，在制备新型陶瓷部件方面极具潜力。但是这种工艺的线收缩率较大，高达27％～32％。因此，如何克服三维打印工艺制备材料孔隙率大以及后处理工艺线收缩率大的不足成为研究的重点。  

Ti3SiC2增韧TiAl3-A1203复合材料 

TiAl3金属间化合物具有低密度(3．3g／cm3)、高弹性模量(157GPa)、高熔点(1350～1400℃)和良好的抗氧化性能等优点，有望用于航空、航天工业热结构领域。但是，TiAl3的室温断裂韧性低(2MPa·m1/2)、难于成型的特点限制了其应用。A1203具有高硬度(18GPa)和高模量(杨氏模量386GPa，剪切模量175GPa)，具有作为弥散相增强增韧的功能。而A1203增韧TiAl3复合材料(TiAl3-A1203)具有密度低、硬度高，抗腐蚀，抗磨损以及良好的高温抗氧化性能。  熔体渗透法是将低熔点金属熔化渗入多孔陶瓷中制备陶瓷一金属以及陶瓷基复合材料的通用工艺。将熔体铝渗入多孔氧化钛陶瓷中可反应合成TiAl3-A1203复合材料。 

目前，多孔陶瓷制备方法主要有冷压成型结合高温预烧结，熔体渗透工艺包括挤压铸造和气压渗透工艺。采用由30v01．％TiO2-70v01．％A1203组成的多孔陶瓷进行挤压铸造或气压渗透Al，所制备的TiAl3-A1203复合材料具有相互穿插的网络结构，各相结合致密、取向随机分布，其抗弯强度为543MPa、断裂韧性8.6MPa· m1/2、硬度5.7GPa,如果在渗透过程中仅靠毛细管力使渗透过程自发进行，则称之为无压反应熔体渗透工艺(简称反应熔俸渗透)。渗透速度取决于熔体在多孔陶瓷表面的润湿性，一般随着渗透温度的升高润湿性有所改善。  

采用粉体混合．成型，烧结工艺制备陶瓷或陶瓷基复合材料时，材料体积收缩高达20％；而反应熔体渗透法成本低，可实现构件的近尺寸制备以及多孔体的致密化。最近，Yin等人采用三维打印工艺制备氧化钛多孔陶瓷，并采用无压反应熔体法渗透铝，合成了TiAl3-A1203复合材料，建立了近尺寸制备复杂形状TiAl3-A1203复合材料部件的工艺基础。  A1203和TiAl3都是脆性材料，复合材料的断裂韧性很难进一步提高，并且抗热震性能差，这成为制约TiAl3-A1203复合材料广泛应用的瓶颈。 

用于3D打印的陶瓷材料形态

浆料，陶瓷成分与其他溶剂及添加剂的混合物，通过物理、化学的方式成形；

陶瓷丝材，用于熔融堆积工艺；

陶瓷粉末，陶瓷粉末、矿化物、粘结剂等的混合物，用于激光烧结、粘接等；

陶瓷薄片，片压成形、粘接。

3D打印陶瓷的用处

3D打印陶瓷市场目前最大的客户群来自航空航天和国防行业，因为它们均对陶瓷制品（比如用于航天器的隔热瓦）有大量需求；其次是健康医疗领域。在这个领域中，陶瓷多被用于制造医疗产品，比如假牙、手术器械、假肢、植入物，以及组织工程产品，因为它具有十分优异的生物兼容性。