簡述3D打印技術對陶瓷產業的關鍵性影響

陳琳娜

摘要：科學技術使用的逐漸增多，使人們對其的依賴程度也在不斷的增加，尤其是在將科技引入到我國生活用品的生產工作中來，不僅提升了人們生活的便利，同時也提升了生活的質量。陶瓷作為人們生活中重要的材料，在很多行業中都有涉及，隨著技術的不斷變革其形式以及性能也在不斷的提升，而將3D技術引入到陶瓷到生產和創作中，是目前社會發展的又一趨勢，并為各行業的產品帶來了新的發展機遇。

關鍵詞：3D打印技術；陶瓷產業；影響

陶瓷的優點在于強度高、耐磨性好、且具有較高的耐腐蝕性以及比較穩定的化學特性。不過其缺點在于形狀相對比較單一，不適合與復雜模型的制作。而通過我國3D打印技術的發展以及技術的成熟，陶瓷產業也發生了一定的變化，工作人員只需利用計算機將復雜的模型輸入電腦，再利用相應的自動化設備進行3D打印，即可完成陶瓷材料結構的生產過程，這為我國工業、醫療以及航天等各行業的需求提供了重要的技術支持，同時也豐富的陶瓷模型的種類，提升了其使用的效率。

一、3D打印技術中陶瓷材料的發展背景

美國羅格斯大學就曾與阿貢實驗室一起合作，利用熔融沉積成型的3D技術制作了噴嘴座，而麻省理工大學也曾利用3D打印技術制作了熱氣體陶瓷過濾器。另外美國還有一些實驗室的研究人員研制出了一種由硅、氮和氧組成的樹脂配方，并利用3D打印機內的紫外線照射以及激光固化作用制作出了一種復雜的陶瓷工藝品，在燒制之后，其具有高密度、高強度以及高耐熱性的特點。這種被稱為陶瓷前體的樹脂可以用3D打印機打出各種不同形狀和大小的零件，其零件的強度要比原有的零件高出10倍左右。根據其結構的特點可以將其應用到噴氣式發動機以及超音速飛機中一些大型零件以及系統的制作過程中，從而為提升國家的經濟發展水平奠定了堅實的基礎。

而我國西安交融大學也對3D打印成型的陶瓷材料進行了詳細的研究，并利用此技術制作出了相應的陶瓷零件，華中科技大學材料科學與工程學院也曾經對陶瓷材料的不同種類及其形態進行了細致的研究和分析工作，也取得了一定的成果，這為我國陶瓷產業的發展提供了有力的條件。但是我國現階段對3D打印成形中使用的陶瓷材料制備技術基礎理論及成形微觀機理等內容進行相應的研究，使得成形材料的性能無法與我國現今市場發展的需求進行有效的融合，這就對3D打印陶瓷材料產業化的發展起到了一定的阻礙作用。

二、3D打印技術中陶瓷的種類分析

2.1比較成熟的陶瓷種類

1）片材

片材主要是利用分層實木制造技術，將玻片的材料通過激光或者刀片等形式在計算機控制下按照形狀的要求進行相應的切割，之后再將切割的材料進行疊加，從而組合成實體件。不過在切割的過程中，一定要保證材料是一次成形，減少二次加工的可能，從而保證材料的質量，之后再利用加熱和加壓的方式來提升各層之間的粘結性，保證實體件的堅固。

2）絲材

絲材的形成主要是依靠熔融沉積成形技術來實現的，其工作的原理為使用噴頭將絲材加熱至熔融態，之后利用控制系統，按照一定的路徑進行掃描從而實現逐層粘結的效果，最終構成零件。在技術使用過程中，不需要利用高能量的激光，只需使用噴頭內部的電加熱即可實現絲材的熔融狀態。

3）漿材

合理的利用光固化成形技術，將陶瓷粉末加入到光敏樹脂溶液中從而生成陶瓷漿料，之后再利用紫外光固化形成機按照零件的界面照射料漿的表面，使陶瓷粉的漿料產生反應，從而逐漸的形成陶瓷的胚體。

4）粉材

主要是將陶瓷粉末和粘結劑粉末組合的混合物利用激光選區燒結3D打印技術來實現其效果的展現。在實際操作中由于粘結劑粉末的熔點較低，因此要將這兩種材質進行有效的融合，之后再通過激光燒結方式，將陶瓷制品放入溫控爐中進行會的處理。

2.2尚處在開發過程中的3D打印技術所使用的陶瓷種類

我國現階段可以應用在3D打印技術中的陶瓷種類還不是十分成熟，其中處在開發階段的陶瓷類型主要有：

1）氧化鋁陶瓷

其特點主要有：結構較為緊密、具有較高的耐熱性和耐腐蝕性、強度高、穩定性強，這也是現階段我國應用最為廣泛，使用使用數量最多的一種陶瓷材料。其在產品制作過程中，由于傳統的施工工工藝在使用此種材料進行制作時，其過程相對比較繁瑣，且耗費的時間較多，不利于產業的發展，而使用3D打印技術，則可以有效的所選零部件的制作時間，提升成本的利用效率，增加施工的便利性以及操作可行性，進而為產業的發展起到了一定的促進作用。

2）磷酸三鈣陶瓷

這種陶瓷屬于一種合成材料，其成分與人體骨骼相近，且具有無變異性和良好的生物相容性的優勢，將其與3D打印技術進行合理的融合，可以合理的模擬人工骨骼的結構，并對其進行相應的修復工作，這對我國醫療行業的發展有著重要的意義。

3）有機前驅體基陶瓷材料

現今我國有機前驅體基陶瓷材料主要有金剛砂、氮化硅、復合材料等。其優點主要為可以在分子尺度上進行合理的設計、凈尺寸成形、裂解溫度低及高溫性能好等，是我國目前進行陶瓷材料制作的新型方式。其工作的原理為：有機前驅體在經過熱解過程后被制成相應的瓷材料，通過有機小分子縮合反應成為有機大分子，之后再利用進一步交聯成為有機-無機中間體，之后經熱解及晶化成為陶瓷材料。

4）碳硅化鈦陶瓷

此種陶瓷材料由于其自身具有層狀的六方晶體結構，因此被廣泛的應用在生物醫療等行業中。該種材料是將金屬材料的熱導型、電導性以及延展性與陶瓷材料的可塑性、高強度性、穩定性以及耐腐蝕和抗氧化性進行有機的融合在一起，能夠很好的提升陶瓷材料的性能。

另外，國內外相關研究人員已經對該材料進行了大量的研究和試驗，并總結出科學的制作方式，比如說自蔓延高溫合成法、熱等靜壓法、化學氣相沉積法、固相反應、放電等離子燒結以及熱壓法等。不過在采用這些方式進行材料制作時，需要制作相應的模具以確保制作的標準性，這就在一定程度上提升了制作過程中的資金消耗率，增加了制作所需的時間，降低了制作的靈活性，且這些技術只適合于制作一些比較簡單的零件，對于相對復雜的產品存在一行的制約性。但是如果在上述制作過程中加入3D打印技術則可以對上述存在的問題進行合理的規避，從而提升制作的質量和效率。

三、3D技術對傳統陶瓷產業的影響分析

3.1是促進陶瓷產業長久發展的基礎

首先，隨著科學技術的不斷發展，我國的陶瓷產業發生了翻天覆地的變化，這對陶瓷產業的創新有著重要的導向作用。由于陶瓷產業在我國有著悠久的歷史，從原始社會開始，人們就已經在利用人工堆砌的方式來進行食品的包裝工作，后經過社會的不斷進步，人們對陶瓷的認知能力也在逐漸的提升，并慢慢的將陶瓷材料應用到其他的用途上，以促進其功能的充分發揮，這樣才產生了色澤如玉景德鎮的青白瓷，龍泉青瓷中的梅子青與粉青，以及哥窯中出現的天然斷紋和黑瓷中的黑釉等等，一度成為我國陶瓷產業之最。這些陶瓷的產生都與我國科學技術的發展有著密切的關系，是陶瓷產業發展中不可或缺的支撐力量。

其次，3D技術的使用和推廣，為提升我國陶瓷產業的發展速度提供了新的技術支持，其不僅加快了模具的制作效率，還降低了成模的時間，以往人們在進行陶瓷制作時，需要花費幾天甚至更久的時間才能看到其效果，但是在使用3D技術后，則可以有效的縮短制作的時間，甚至不需建模就可以看到成形后的效果，大大的提升了制作的效率和質量。

3.2制約了傳統陶瓷種思維情感的表達

所有事物的發展都是有其兩面性的，3D打印技術在推進陶瓷產業發展的過程中，對其也產生了一定的負面影響，具體體現在：

首先，對傳統陶瓷產生了一定的沖擊作用。由于傳統陶瓷在制作過程中，除了外觀的設計之外還體現了一種精神的傳承效果，而這種精神的傳承是現今技術所無法達到的一種境界，這種精神是人們思想觀念的體現，而現今技術的廣泛使用使人們逐漸的遺忘了傳統精神的意義，更多的將關注點放在新技術的使用上，進而導致制作出來的產品缺少靈魂，阻礙了中國傳統意識的發展，不利于中國傳統文化的傳播。

其次，現今的陶瓷制作中，由于機器使用越發頻繁，這導致產品在出產后缺乏一定的靈魂，無法給人們發來更多的精神支撐，以至于在日常生活中，大多都被用在裝飾功效上。而賦予了靈魂的陳設陶瓷、藝術陶瓷、還有觀賞性陶瓷則可以為人們帶來一些感官以及思維上的共鳴，營造一種不同的精神享受，而這是機器無法體現出來的。使用3D打印技術制作陶瓷產品，雖然可以對產品的外觀進行合理的規劃和設計，但是卻無法對其內在的理念和靈魂進行深入的刻畫，從而影響陶瓷產品的質感。

四、現今陶瓷產業在發展中存在的弊端

4.1設計缺乏創新性，不足以吸引眼球

我國在進行陶瓷設計過程中，大多都是以國外或者國內的一些成功案例為基礎，使得設計的內容比較單一，缺乏創新性，不足以達到吸引人們眼球的效果。另外，在進行產品設計過程中，設計者的思維理念、文化內涵以及綜合能力等因素都會直接的影響產品的設計效果，進而影響成品的質量，這是任何機器以及先進設備都無法比擬的?？萍剂α康氖褂弥豢梢詼p輕人們的勞動力，但是卻無法幫助人們進行合理的創造工作，因此，在進行設計時，還是需要人們思維意識的不斷激發，只有這樣才可以提升設計的效果，增加作品的獨特性。

4.2傳統陶瓷的定位存在一定的不合理性

我國目前處于一個經濟發展的時代，經濟效益的增長是現今的重要內容，但是在追求經濟發展的過程中，卻伴隨著傳統工藝和技術相繼的減少，甚至失傳。很多的傳統陶瓷制作者，為了獲得更多的經濟效益，減少陶瓷制作的時間，開始大量的使用機器進行生產，這使得傳統的東西慢慢的淡出了人們的眼球。再加上傳統的陶瓷工藝制作比較復雜，使用的時間較多，且其產量相對較低，就會造成很多年輕人望而卻步，影響了傳統陶瓷制作工藝的發展。這都是由于傳統陶瓷對自身的定位缺乏合理的規劃造成的。

五、陶瓷藝術家對3D打印技術的看法及意見

5.1認可觀點

新技術的發展總是會有一部分的支持者的，很多陶瓷藝術家也在不斷的關注這新技術的發展狀況，并將其應用到陶瓷創作中，作為創作的一種載體或者容器，并在實際的創作過程中加入更多自身的理解和想法，并以此來體現陶瓷所要表達的意境。就好比繪畫中使用的油畫布或者油畫筆一樣，對于這部分陶瓷藝術家來說，3D打印技術是他們的幫手，因為有些此類陶瓷藝術家自己不會制作陶瓷的，他們要靠一些陶瓷工匠的幫助才能完成他們的創作，使成為一個可給世人觀賞的陶瓷藝術作品。3D打印技術的出現，使他們的想法能很快的實現，并不用花費太多時間成本，藝術家也可根據自己的要求來調整創作作品的尺寸與大小，這樣藝術家可以幾乎一個人就能完成自己的創作，不需借助他人的力量。將3D打印技術作為創作的工具，為實現其想法起到了重要的推動作用，自然就會獲得一定的認可度。

5.2不認可觀念

凡是皆有兩面性，有支持就必然有反對。一些陶瓷藝術家認為3D打印技術的應用破壞了傳統陶瓷市場的發展規律，他們認為陶瓷產品從遵循從制作模具到成型、上釉、燒成等各項工藝術流程，而不是由機器打幾下就可以生產出來的，那種打出來的陶瓷算不上真正的陶瓷，真正的陶瓷應該是水與泥土的結合，成型以后與火的碰撞，而這些機器制造出來的陶瓷制品難以清晰的獲知其表現意義，甚至有些藝術家人為這種新技術是對陶瓷市場的一種挑戰，是對民族事物的不愛惜不傳承，他們更認可自己用手工來做的一些老式的傳統產品，注重的是一種藝術家思維與產品之間的完美融合。

六、陶瓷產業未來的發展方向

雖然現階段我國對3D打印陶瓷材料的制備技術、基礎理論及成形微觀機理等內容還未進行深入的研究和發展，制作材料的性能還存在一定的缺陷型，只能從國外進口一些材料，來完成產品的制作。但是在后續的發展過程中，我國一定會加強3D打印陶瓷材料的研究力度，強化起3D打印材料成分以及形態的設計效果，提升材料的施工工工藝以及3D打印陶瓷材料產業化的發展效率。

除此之外，我們還會對3D打印零件材料進行嚴格的檢測和控制，使其符合制作的標準，促進相應產業鏈的構建及完善，同時在制作過程中，還要不斷的提升技術使用的保準性和規范性，增強零件的質量，并最終為我國陶瓷產業的發展貢獻力量。

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