详解高精度高性能陶瓷3D打印机Ceramaker

尽管陶瓷算上人类使用历史最长、应用最为广泛的材料之一了,但是在当前的3D打印领域里,陶瓷的应用就窄得多了因此,世界上只有寥寥几家公司在制造以陶瓷为打印材料的3D打印机,来自法国的3DCeram公司就是其中之一,他们的产品是Ceramaker 3D打印机。

详解高精度高性能陶瓷3D打印机Ceramaker

3DCeram Ceramaker 3D 打印机

据了解,Ceramaker本质上是一款基于光固化(SLA)技术的3D打印机,它打印的是由氧化铝、氧化锆或羟基磷灰石(HA)组成的可光固化浆料这款3D打印机的最大3D打印尺寸为300×300×110 毫米打印层厚可达25微米

高分辨率和精度之外Ceramaker还能够制造出具有低热膨胀系数、低密度、高耐磨性和耐腐蚀性,以及具有良好的化学稳定性的高强度零部件而且,未使用的材料可以回收和重复使用,以减少材料浪费。

详解高精度高性能陶瓷3D打印机Ceramaker

Ceramaker3D打印的氧化锆材料指环

到目前为止为Ceramaker使用的材料具有明显不同的特征。比如其使用的一种材料——氧化铝或三氧化二铝,是一种具有很高热传导性的电绝缘体,其硬度、耐磨性和耐化学性都很好。因此,这种材料适合用作切割工具磨料或在电子产品中使用。

至于氧化锆或二氧化锆,具有高的热稳定性、良好的硬度耐磨和化学很适合用于3D打印珠宝而我们自己的骨骼中的矿物质就是一种羟基磷灰石因此该材料可以用于创建具有生物相容性的植入物等

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带颜色的3D打印件,左侧为氧化铝,右侧为氧化锆

Ceramaker的工作原理

Ceramaker是一种SLA 3D打印机,该机器通过一种扫描振镜引导一束355nm紫外激光,并将其反射到一层掺有陶瓷颗粒的可光固化树脂上打印每层的时候打印机会先覆盖一薄层在打印床上,然后用激光固化陶瓷膏料中的光聚合物,一层打印完毕之后,打印床降低,再将另外一层膏料施加到打印床上

该过程反复进行,直到对象打印完毕。将未固化的膏料刮去重复使用,随后再进一步漂洗掉多余的材料,直到只剩下所需对象最后再将其放入窑炉中通过高温去除树脂、烧结陶瓷,这一环节会造成大约20%的收缩因为收缩率相当高,因此用户在进行CAD设计的时候就要充分考虑到这一情况,产品设计得太薄或者太厚都有可能造成烧结失败。


3DCeram公司介绍,其陶瓷3D打印技术在医疗植入物方面的应用上有特殊的优势。该公司花了10年多时间与Joel Brie博士和Limoges大学医院颌面外科系开发颅骨假体由于该公司使用的羟基磷灰石材料的生物相容性,骨骼的生长更容易,因此,植入物能够更快地融入身体

据了解,假体的3D打印时间一般需要48个小时,由于打印设备的精度很高,因此可以与患者完美匹配。此外,植入物的孔隙率接近60%,进一步促进了骨骼的生长。据称六个月后,就会有大约25%的孔隙区域出现骨骼的再生,从而使植入物真正成为患者的一部分

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3D打印HA颅内植入

此外,该公司进一步强调了Ceramaker可以快速、高精度地制造出针对特定患者的植入物:Ceramaker使用HA材料3D打印的植入物比一般骨移植中使用的HA具有更高的压缩力学强度。这些植入体甚至可以替代从患者身上取下的移植骨,因此可以减轻他们的痛苦除此之外,陶瓷植入体也适合于骨缺损的重建,美容效果也相当令人满意。

不过,这些3D打印植入物的价格不菲,其价格范围10000欧元18000欧元不等当然好处是显而易见的据悉,医院从2005年开始使用这项技术,总共有17位病人被植入了3D打印的植入物根据Brie博士的说法,这些患者均未出现任何感染该医院的全部临床试验结果2013年发布,可以在这里找到。

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氧化铝3D打印的支架

Ceramaker的适用范围:

由于Ceramaker能够3D打印一系列陶瓷膏料,这款机器比较适合饰品、医疗、电子和其他专门的工业应用。而且由于打印尺寸足够大,Ceramaker可以批量制造珠宝或者电子部件等

哪些应用不适合Ceramaker:

Ceramaker能够3D打印原型,但可能不是这一应用最理想的机器,相反,传统的SLAFDMDLP3D打印机可能更合适。此外,如果您想3D打印其他类型的陶瓷,如粘土它也并不适合。

(编译自Engineering,转载自天工社)

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网友评论1

  1. 沙发
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    2017-03-22 下午5:06