2023年6月16日，国防科技大学、昆明理工大学的研究人员在《Ceramics International》上发表题为Preparation of large-size alumina ceramic parts by DLP 3D printing using high-solid-loading paste and optimizing the debinding process的研究论文，报道了一项关于DLP技术在制造复杂结构氧化铝陶瓷方面的研究，展示了DLP技术在制造复杂结构氧化铝陶瓷方面的潜力，并面临一些挑战，如实现高精度分辨率的大尺寸零件和高性能浆料的应用。

原文链接：

//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884223017297

  研究简介  

DLP是一种高精度、高效率、低成本的复杂结构氧化铝陶瓷增材制造方法。然而，要实现高特征分辨率的大尺寸零件、高性能浆料和优化脱脂工艺仍然面临挑战。本研究采用了自顶向下Matrix-DLP技术，通过连接两台高分辨率DLP投影机，实现了高分辨率、大投影面积的精细结构大尺寸氧化铝坯体。我们使用了适合DLP技术的非自流平氧化铝浆料，具有高固含量和良好的流变性能。通过优化脱脂工艺，我们成功实现了无缺陷和无碳残体的脱脂过程，并获得了层间结合良好、显微硬度高的高精度大尺寸氧化铝陶瓷材料。

图1 大尺寸氧化铝绿体自上而下DLP 3D打印工艺示意图。(读者可参阅本文的网页版本，以了解该图例中有关颜色的解释。)

图2 (a)树脂在空气中热分解的TG和DSC曲线，(b)脱粘曲线，(c)试样的烧结过程。

图3 制备的氧化铝陶瓷浆料:(a)表观形貌，(b)金相分析，(c)氧化铝陶瓷浆料的流变特性(剪切速率:0-200 s¶1)，(d)氧化铝陶瓷浆料的振幅扫描曲线。

图4 固含量为45 vol%、50 vol%和55 vol%时，脱固(a、b、c)和烧结(d、e、f)试样的表面微观形貌和层间键合(g、h、i)。

图5烧结样品的显微硬度随固体载荷变化:(a) 45 vol%， (b) 50 vol%， (c) 55 vol%。

图6 DLP打印制备的烧结氧化铝陶瓷部件:(a)大尺寸氧化铝涡轮叶片和(b)大厚度矩形带材(固含量:55 vol%)。

研究结论

采用先进的自顶向下Matrix-DLP 3D打印技术，制作高精度大尺寸氧化铝陶瓷零件，具有高分辨率和大投影面积。研制了一种用于DLP打印机的非自流平氧化铝浆料，并对浆料的固含量、消泡工艺和脱脂工艺进行了优化。研究了脱粘残碳对烧结后微观组织的影响。

结果表明，采用2.5 wt%的P5318作为α-氧化铝粉体的表面改性剂，可获得高高含量55 vol%、30 s^-1时粘度为35.0 Pa s、具有良好流变性能的均匀稳定氧化铝浆料。使用0.5 wt % BYK-066N消泡剂配合真空行星搅拌消泡，可达到良好的膏体消泡效果，只留下0.244%体积的小气泡。根据TG-DSC分析结果设计了脱脂工艺，并对其进行了优化。在分段气氛下进行脱胶被证明是最好的方法，可以产生无缺陷和无碳残留物的体，并且氧化铝颗粒分布均匀而致密。这种方法的颗粒尺寸略大于氩气气氛下的颗粒尺寸，但小于空气气氛下的颗粒尺寸。XRD分析表明，脱粘和烧结后均未发生相变。在随后的烧结过程中，任何脱碳后的残余碳都将导致氧化铝颗粒内部和颗粒之间产生大量孔隙，并在层间烧结接头处产生微裂纹。随着氧化铝糊体固载量的增加，烧结部分的孔隙率降低，层间横向结合更加紧密，显微硬度增加。最终实现了直径约140 mm的大尺寸零件和厚度为12.59 mm的厚壁零件的精细打印，同时实现了无缺陷的脱脂和烧结。制备的氧化铝陶瓷件具有良好的层间结合性能，密度高达99.4%，显微硬度高达17.92 GPa。

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