試論3D打印技術(shù)在陶瓷造型中的應(yīng)用

摘 要：近年來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷革新和普及，越來越多的新技術(shù)已然出現(xiàn)在世界上，其中3D打印技術(shù)在近些年來是較為火熱的一門新興技術(shù)。本文介紹了陶瓷3D打印技術(shù)的概念、陶瓷3D打印技術(shù)的分類、陶瓷3D打印技術(shù)的成型技術(shù)以及陶瓷3D打印技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；陶瓷；發(fā)展趨勢

1 前言

陶瓷是陶器與瓷器的統(tǒng)稱，同時(shí)也是我國的一種工藝美術(shù)品，我國傳統(tǒng)的陶瓷工藝美術(shù)品，質(zhì)高形美，具有高度的藝術(shù)價(jià)值，聞名于世界。

3D打印（3DP）即快速成型技術(shù)的一種，又稱增材制造，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。

本文就陶瓷3D打印技術(shù)進(jìn)行了探討，對于其概念、分類、成型方式、應(yīng)用和優(yōu)勢做了一些介紹，并對陶瓷3D打印技術(shù)的未來發(fā)展做出展望，希望對陶瓷3D打印技術(shù)行業(yè)發(fā)展有所幫助。

2陶瓷3D打印技術(shù)的概念及分類

2.1陶瓷3D打印技術(shù)的概念

陶瓷3D打印技術(shù)是3D打印技術(shù)中的一種分類，其原理與3D打印技術(shù)相同，都是用數(shù)字材料打印機(jī)采用陶瓷粉末作為原料通過逐層打印的方式進(jìn)行打印。陶瓷3D打印技術(shù)是一種可以滿足現(xiàn)代所需的新型陶瓷材料的打印技術(shù)，其相較于傳統(tǒng)的陶瓷燒制方式，不僅大大降低了陶瓷成品制作的所需時(shí)間，也一定程度上降低了陶瓷燒制的成本，使得陶瓷制品可以以更多樣的方式呈現(xiàn)給大眾，打破了大眾對于陶瓷制品的固有印象。

2.2陶瓷3D打印技術(shù)的分類

對于現(xiàn)在的陶瓷3D打印技術(shù)，一般對其按照工藝方式進(jìn)行分類，主要是直接成型法以及逐層黏結(jié)法兩種。直接成型法指的是將陶瓷粉末與粘合劑充分混合，然后通過3D打印機(jī)的噴頭噴射出來，將其按照既定的模型文件進(jìn)行黏合，使其不斷與之前噴射的陶瓷粘合劑混合液黏合，直到形成與模型文件相一致的形狀，再經(jīng)過干燥等步驟，即可得到成品陶瓷制品。逐層黏結(jié)法指的是將陶瓷粉末平鋪，同時(shí)使用打印噴頭對其噴射粘合劑，使其形成混合液，然后再一次平鋪陶瓷粉末并噴射粘合劑，多次重復(fù)此步驟后形成與既定圖形相同的形狀，然后擦去表面多余的陶瓷粉末即可得到陶瓷成品。

3陶瓷3D打印技術(shù)的成型方式

對于陶瓷3D打印技術(shù)，不同的成型工藝制作的陶瓷成品有著不同方面的特點(diǎn)，這主要與其成型工藝過程中對于陶瓷本身的影響所致，以下將介紹幾種較為常見的陶瓷3D打印技術(shù)的成型方式：

3.1漿料堆積成型技術(shù)

漿料堆積成型技術(shù)是陶瓷3D打印技術(shù)中較為實(shí)用較為廣泛也是較為簡單的一種陶瓷3D打印成型技術(shù)，其主要是利用打印噴嘴的移動，在作業(yè)平臺上噴射堆積陶瓷漿液，使其逐步成型。具體可以分為兩種方式：第一種是在制作陶瓷漿液混合液的時(shí)候就對其進(jìn)行加熱，使其在噴射前已經(jīng)形成較為黏結(jié)的混合液，然后通過噴射成型的方式，使其在高溫條件下燒制成型；第二種則是在陶瓷漿液混合時(shí)不需對其進(jìn)行加熱，直接利用高壓氣體的噴射使其在空氣中逐層固化，形成既定的陶瓷成品。第二種方法相較于第一種方法在制作過程中的能耗較低，成本也較低，但是由于未進(jìn)行加熱，導(dǎo)致其成品精度也較低，不適合制作較為精美的陶瓷制品。

3.2光固化成型技術(shù)

顧名思義，光固化成型技術(shù)就是利用光照使打印出來的陶瓷制品快速固化成型。這種方法主要是使用光敏樹脂與陶瓷材料混合，然后利用紫外光線對其進(jìn)行照射，使其按照既定形狀逐層成型，然后經(jīng)過脫脂和燒結(jié)成為完整的陶瓷制品。光固化成型技術(shù)主要有兩種成型工藝類型，第一種是利用紫外線對作業(yè)臺上的原材料進(jìn)行由點(diǎn)及線、由線及面的成型方法，而第二種則是利用紫外線，直接形成一層的輪廓，并逐層固化形成成型制品。該技術(shù)由于制作材料與技術(shù)的原因，具備了較高的打印精度，是目前陶瓷3D打印技術(shù)中較為常見使用的成型方法之一。

3.3激光燒結(jié)技術(shù)

激光燒結(jié)技術(shù)與光固化成型技術(shù)是有一點(diǎn)相同的。該技術(shù)是首先將陶瓷粉末堆積在作業(yè)平臺上，然后通過計(jì)算機(jī)控制的激光發(fā)射器對其進(jìn)行激光燒結(jié)，從點(diǎn)到線再到面地完成對于其輪廓的固化，然后通過不斷地添加陶瓷原料，達(dá)到逐層燒結(jié)固化的效果，是一種使用較為廣泛的陶瓷成型技術(shù)。此技術(shù)主要分為兩種工藝方式：間接成型法和直接成型法。間接成型法是使用較低功率的激光發(fā)射器對陶瓷粉末和粘結(jié)劑混合，通過固化粘結(jié)劑使其成型，并在其后通過高溫處理去除多余的粘結(jié)劑。而直接成型法則是不需要粘結(jié)劑的使用，對陶瓷材料直接使用高功率激光發(fā)射器使其熔融成型。直接成型法相較于簡接成型法需要的設(shè)備更加高級且其能耗更加大，但同樣的也會帶來更加高精度的陶瓷成品。

3.4噴射打印成型技術(shù)

噴射打印成型技術(shù)是一種較為常見的3D打印技術(shù)，其用于陶瓷制品時(shí)，是將噴射物替換為陶瓷粉末以及粘結(jié)劑，通過計(jì)算機(jī)的控制在作業(yè)臺上逐層噴射打印陶瓷混合液，使其逐層固化成型形成陶瓷制品。該工藝最關(guān)鍵的是陶瓷混合液的制備，通常對于陶瓷混合液的制備，除了添加陶瓷粉末以及粘結(jié)劑外，還需對其所需性能添加合適的添加劑，例如增加陶瓷韌性、增加陶瓷抗氧化性能、增加陶瓷抗紫外線照射性能。

3.5分層實(shí)體成型技術(shù)

分層實(shí)體成型技術(shù)顧名思義是通過將陶瓷成品分成層狀進(jìn)行打印制作，通過打印機(jī)對原材料進(jìn)行分層打印以及加熱，再通過工作臺的移動運(yùn)作，將打印出的片狀陶瓷結(jié)構(gòu)進(jìn)行層層黏結(jié)，最終形成完整的陶瓷構(gòu)件，再經(jīng)過脫脂燒結(jié)即可得到完整的陶瓷制品。此成型工藝特點(diǎn)是成型效率高，并且由于其分層制作的特點(diǎn)，可以對于陶瓷結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品有更好的制作優(yōu)勢。

4 3D打印技術(shù)在現(xiàn)代陶瓷制作中的應(yīng)用

4.1現(xiàn)代陶瓷制作的材料方面

長石、石英、黏土和其他礦石原料都是制作傳統(tǒng)陶瓷的材料，制作時(shí)主要原材料一般選用黏土，黏土能夠讓陶瓷具有一定形狀，同時(shí)讓泥坯的注漿穩(wěn)定性和泥坯可塑性變得更強(qiáng)。陶瓷3D打印技術(shù)使用的原材料相較于傳統(tǒng)陶瓷燒制技術(shù)的材料其工藝更簡單、選擇面更廣。不僅可以使用傳統(tǒng)陶瓷燒制的原材料，還可以添加不同性質(zhì)的膠粘劑，使原料可塑性更好，使打印出來的陶瓷制品其堅(jiān)固程度更強(qiáng)。并且可以在其中添加更多的添加劑例如酚醛樹脂、脲醛樹脂等以對3D打印的陶瓷制品進(jìn)行改性處理，使燒制出來的陶瓷具備抗氧化性、抗紫外線能力、抗壓抗拉能力，并且可以在燒制過程中添加具備色彩的添加劑，使3D打印的陶瓷成品具備不同顏色，相較于傳統(tǒng)陶瓷的施釉過程無疑更加簡單快速。

4.2現(xiàn)代陶瓷制作的結(jié)構(gòu)方面

由于傳統(tǒng)陶瓷的造型結(jié)構(gòu)制作階段一般采用的方式是捏造、注漿等，故其制作出的陶瓷造型結(jié)構(gòu)一般比較簡單，很難制造出較為復(fù)雜的造型，而陶瓷3D打印技術(shù)可以使陶瓷制作的造型結(jié)構(gòu)更加自由更加隨心所欲，只要可以通過計(jì)算機(jī)畫出其電子圖紙，即可通過3D打印機(jī)對其進(jìn)行打印，無論是造型復(fù)雜的鏤空結(jié)構(gòu)還是精細(xì)度更高的結(jié)構(gòu)，3D打印都可以輕松完成。陶瓷3D打印技術(shù)制作出的成品不僅相較于傳統(tǒng)陶瓷具備更多的造型結(jié)構(gòu)，也具備更多的可塑性以及可變性，可以通過修改圖紙中的某些參數(shù)達(dá)到對陶瓷制品的精細(xì)修改，并且在幾小時(shí)內(nèi)將修改后的成品制造出來，這是傳統(tǒng)陶瓷燒制方式難以完成的，陶瓷3D打印技術(shù)大大降低了陶瓷燒制的準(zhǔn)入門檻，使大眾有機(jī)會接觸到這一古老而又新奇的材料。

4.3現(xiàn)代陶瓷制作的裝飾方面

陶瓷3D打印技術(shù)由于其特殊的成型方式，其可以制作造型更為特殊、結(jié)構(gòu)更加精美的陶瓷制品，不僅可以制作傳統(tǒng)陶瓷技術(shù)難以燒制的鏤空形狀陶瓷，也可以制作線條紋理更加復(fù)雜精美的陶瓷制品。同時(shí)由于現(xiàn)代人審美的多樣化與潮流化，陶瓷3D打印技術(shù)可以幫助現(xiàn)代陶瓷的制作更加符合現(xiàn)代人的審美，使其具備潮流性以及時(shí)代性。并且在未來的發(fā)展過程中，可以使其根據(jù)未來審美的變化來完成造型的靈活轉(zhuǎn)變，使其更具包容性和延展力。

5 3D打印技術(shù)在現(xiàn)代陶瓷制作中的優(yōu)勢

5.1陶瓷3D打印技術(shù)成型速度快

傳統(tǒng)陶瓷的燒制過程由原材料提純、捏造成型、燒制等復(fù)雜步驟組成，其一般耗時(shí)在幾周到數(shù)月不等，制作周期過于漫長。而陶瓷3D打印技術(shù)制作陶瓷的步驟則非常少，只有圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、3D打印兩步，其一個(gè)制品的制作耗時(shí)僅僅數(shù)個(gè)小時(shí)，大大減少了陶瓷燒制的時(shí)間。對于陶瓷行業(yè)來說，其具備的意義非常深遠(yuǎn)，除了可以快速的測試不同材料以及工藝生產(chǎn)的陶瓷制品物理力學(xué)以及化學(xué)性能差距，也可以節(jié)省陶瓷造型設(shè)計(jì)的時(shí)間，可以通過快速的燒制來對多種造型進(jìn)行直接比對，發(fā)現(xiàn)不同造型的優(yōu)缺點(diǎn)，便于快速的查漏補(bǔ)缺。

5.2 陶瓷3D打印技術(shù)造型多樣

陶瓷3D打印技術(shù)在陶瓷制作過程中，不同于以往的傳統(tǒng)陶瓷燒制工藝受到工藝限制的問題，其可以根據(jù)制作者需求選取任何可以繪制出圖紙的造型方案，并且可以輕松地按照圖紙進(jìn)行陶瓷的打印制作，制作出的陶瓷形狀相較于傳統(tǒng)制作工藝有許多的延展性和多樣性，無論是造型復(fù)雜的鏤空結(jié)構(gòu)還是精細(xì)度更高的機(jī)構(gòu)，陶瓷3D打印技術(shù)都可以輕松制作，并且由于其打印特點(diǎn)是逐層打印，因此打印出的陶瓷制品也不會出現(xiàn)違背力學(xué)性能塌陷的可能，其牢固性也大大提高。陶瓷3D打印技術(shù)讓陶瓷制品的設(shè)計(jì)師有更多想法施展發(fā)揮的空間，對于陶瓷造型的現(xiàn)代化、潮流化有著重要的促進(jìn)作用，可以大大提高陶瓷制品的精美程度，讓陶瓷擺脫人們對于其審美和使用的固有認(rèn)知，開啟陶瓷裝飾品和使用品的新時(shí)代。

5.3 陶瓷3D打印技術(shù)工序簡單

陶瓷3D打印技術(shù)相較于傳統(tǒng)陶瓷制作工藝減少了許多工藝步驟，例如原材料選取提煉提純、燒制、上色等步驟，陶瓷3D打印技術(shù)可以通過其特殊的工藝特點(diǎn)，在燒制初始過程就可以對燒制出的成品進(jìn)行形狀、色彩方面賦予，并且由3D打印機(jī)在打印過程直接完成，省去了非常多復(fù)雜的工序步驟，大大簡化陶瓷燒制過程，并且可以獲取性能完全超越傳統(tǒng)的陶瓷制品。

5.4陶瓷3D打印技術(shù)工藝要求低

傳統(tǒng)的陶瓷燒制工藝，從原材料選取提煉到形狀捏造再到燒制上釉的過程，是由一個(gè)或數(shù)個(gè)具有多年工作經(jīng)驗(yàn)的匠人師傅完成的，而每一個(gè)匠人師傅都需要經(jīng)過數(shù)年累月的不斷學(xué)習(xí)實(shí)踐才能熟練地掌握陶瓷燒制過程中的某個(gè)步驟，其工作效率不僅較低，還需要非常久的時(shí)間才可以培養(yǎng)出合格的陶瓷制作匠人，而陶瓷3D打印技術(shù)大大降低了陶瓷制作技術(shù)的準(zhǔn)入門檻，只要制作者可以使用計(jì)算機(jī)繪制出合適的陶瓷造型圖紙，即可通過3D打印設(shè)備對其進(jìn)行打印，制作出符合圖紙的陶瓷制品，大大簡化了陶瓷制作的步驟，也是對于傳統(tǒng)陶瓷燒制行業(yè)的一個(gè)人力物力的解放，可以讓傳統(tǒng)陶瓷行業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，使其專注于陶瓷品質(zhì)和造型的設(shè)計(jì)，提高陶瓷制品的質(zhì)量和品類，達(dá)到國際水平。

6 3D打印技術(shù)的展望和總結(jié)

本文介紹了陶瓷3D打印技術(shù)的成型方式、分類等方面，尤其是其相較于傳統(tǒng)陶瓷制作過程的優(yōu)勢方面，無疑是為陶瓷3D打印技術(shù)的發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。目前對于陶瓷3D打印技術(shù)，雖然有許多優(yōu)點(diǎn)和案例，但是其一直并未大規(guī)模的使用和生產(chǎn)，究其原因無非是成本問題，陶瓷3D打印技術(shù)帶來了巨大的優(yōu)勢，同樣的也帶來了較高的生產(chǎn)成本問題，對于流水線的工廠來說是得不償失的，因此未來對于陶瓷3D打印技術(shù)的成本降低將是其未來能否發(fā)展的一大重點(diǎn)；其次則是陶瓷3D打印技術(shù)可以滿足日用等方面的陶瓷打印，但是對于一些特殊方面和行業(yè)使用的特種陶瓷的打印效果就較差，原因是對于特種陶瓷的制作過程，3D打印設(shè)備難以通過簡單的步驟模擬出來，其需要經(jīng)過的步驟仍然不能減少，如此制作的話陶瓷3D打印技術(shù)相較于特種陶瓷燒制技術(shù)并未取得明顯的優(yōu)勢，在未來若是希望陶瓷3D打印技術(shù)能夠應(yīng)用更多的方面，則需對其制作模式進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)，使其能夠適應(yīng)更多品類陶瓷的打印工作；還有一點(diǎn)則是對于陶瓷3D打印技術(shù)的模型和結(jié)構(gòu)分享，可以構(gòu)建相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)平臺，通過個(gè)人或企業(yè)的方式加入其中，對自己設(shè)計(jì)的一些陶瓷3D打印模型進(jìn)行共享，使陶瓷3D打印技術(shù)能夠更好地在個(gè)人和企業(yè)之中進(jìn)行運(yùn)用，提高陶瓷3D打印技術(shù)的生產(chǎn)力和延展性。

3D打印技術(shù)的加入，使得陶瓷制作行業(yè)明顯煥發(fā)出了新的活力和潛力，兩者的結(jié)合不僅是中國傳統(tǒng)文化的發(fā)揚(yáng)，也是對新興科學(xué)技術(shù)的肯定，希望這一項(xiàng)技術(shù)與陶瓷制作技術(shù)的結(jié)合可以在未來產(chǎn)生更加好的化學(xué)反應(yīng)，使我國的陶瓷制造技術(shù)更加成熟，讓陶瓷制作技術(shù)能夠以更新更好的姿態(tài)進(jìn)入智能制造新時(shí)代，同時(shí)，希望陶瓷的規(guī)模化使用可以代替一部分塑料制品以及金屬制品的作用，緩解當(dāng)下緊張的環(huán)境和資源問題。

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