簡述3D打印技術(shù)對陶瓷產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵性影響

陳琳娜

摘要：科學(xué)技術(shù)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(chǎn)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(zhì)量。陶瓷作為人們生活中重要的材料，在很多行業(yè)中都有涉及，隨著技術(shù)的不斷變革其形式以及性能也在不斷的提升，而將3D技術(shù)引入到陶瓷到生產(chǎn)和創(chuàng)作中，是目前社會發(fā)展的又一趨勢，并為各行業(yè)的產(chǎn)品帶來了新的發(fā)展機遇。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；陶瓷產(chǎn)業(yè)；影響

陶瓷的優(yōu)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(wěn)定的化學(xué)特性。不過其缺點在于形狀相對比較單一，不適合與復(fù)雜模型的制作。而通過我國3D打印技術(shù)的發(fā)展以及技術(shù)的成熟，陶瓷產(chǎn)業(yè)也發(fā)生了一定的變化，工作人員只需利用計算機將復(fù)雜的模型輸入電腦，再利用相應(yīng)的自動化設(shè)備進行3D打印，即可完成陶瓷材料結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)過程，這為我國工業(yè)、醫(yī)療以及航天等各行業(yè)的需求提供了重要的技術(shù)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(shù)中陶瓷材料的發(fā)展背景

美國羅格斯大學(xué)就曾與阿貢實驗室一起合作，利用熔融沉積成型的3D技術(shù)制作了噴嘴座，而麻省理工大學(xué)也曾利用3D打印技術(shù)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(nèi)的紫外線照射以及激光固化作用制作出了一種復(fù)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(jù)其結(jié)構(gòu)的特點可以將其應(yīng)用到噴氣式發(fā)動機以及超音速飛機中一些大型零件以及系統(tǒng)的制作過程中，從而為提升國家的經(jīng)濟發(fā)展水平奠定了堅實的基礎(chǔ)。

而我國西安交融大學(xué)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(shù)制作出了相應(yīng)的陶瓷零件，華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院也曾經(jīng)對陶瓷材料的不同種類及其形態(tài)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(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了有力的條件。但是我國現(xiàn)階段對3D打印成形中使用的陶瓷材料制備技術(shù)基礎(chǔ)理論及成形微觀機理等內(nèi)容進行相應(yīng)的研究，使得成形材料的性能無法與我國現(xiàn)今市場發(fā)展的需求進行有效的融合，這就對3D打印陶瓷材料產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展起到了一定的阻礙作用。

二、3D打印技術(shù)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(shù)，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(yīng)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(zhì)量，之后再利用加熱和加壓的方式來提升各層之間的粘結(jié)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(shù)來實現(xiàn)的，其工作的原理為使用噴頭將絲材加熱至熔融態(tài)，之后利用控制系統(tǒng)，按照一定的路徑進行掃描從而實現(xiàn)逐層粘結(jié)的效果，最終構(gòu)成零件。在技術(shù)使用過程中，不需要利用高能量的激光，只需使用噴頭內(nèi)部的電加熱即可實現(xiàn)絲材的熔融狀態(tài)。

3）漿材

合理的利用光固化成形技術(shù)，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(chǎn)生反應(yīng)，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(jié)劑粉末組合的混合物利用激光選區(qū)燒結(jié)3D打印技術(shù)來實現(xiàn)其效果的展現(xiàn)。在實際操作中由于粘結(jié)劑粉末的熔點較低，因此要將這兩種材質(zhì)進行有效的融合，之后再通過激光燒結(jié)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(fā)過程中的3D打印技術(shù)所使用的陶瓷種類

我國現(xiàn)階段可以應(yīng)用在3D打印技術(shù)中的陶瓷種類還不是十分成熟，其中處在開發(fā)階段的陶瓷類型主要有：

1）氧化鋁陶瓷

其特點主要有：結(jié)構(gòu)較為緊密、具有較高的耐熱性和耐腐蝕性、強度高、穩(wěn)定性強，這也是現(xiàn)階段我國應(yīng)用最為廣泛，使用使用數(shù)量最多的一種陶瓷材料。其在產(chǎn)品制作過程中，由于傳統(tǒng)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(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而使用3D打印技術(shù)，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(chǎn)業(yè)的發(fā)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(yōu)勢，將其與3D打印技術(shù)進行合理的融合，可以合理的模擬人工骨骼的結(jié)構(gòu)，并對其進行相應(yīng)的修復(fù)工作，這對我國醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。

3）有機前驅(qū)體基陶瓷材料

現(xiàn)今我國有機前驅(qū)體基陶瓷材料主要有金剛砂、氮化硅、復(fù)合材料等。其優(yōu)點主要為可以在分子尺度上進行合理的設(shè)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(qū)體在經(jīng)過熱解過程后被制成相應(yīng)的瓷材料，通過有機小分子縮合反應(yīng)成為有機大分子，之后再利用進一步交聯(lián)成為有機-無機中間體，之后經(jīng)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(jié)構(gòu)，因此被廣泛的應(yīng)用在生物醫(yī)療等行業(yè)中。該種材料是將金屬材料的熱導(dǎo)型、電導(dǎo)性以及延展性與陶瓷材料的可塑性、高強度性、穩(wěn)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(nèi)外相關(guān)研究人員已經(jīng)對該材料進行了大量的研究和試驗，并總結(jié)出科學(xué)的制作方式，比如說自蔓延高溫合成法、熱等靜壓法、化學(xué)氣相沉積法、固相反應(yīng)、放電等離子燒結(jié)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(yīng)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(shù)只適合于制作一些比較簡單的零件，對于相對復(fù)雜的產(chǎn)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(shù)則可以對上述存在的問題進行合理的規(guī)避，從而提升制作的質(zhì)量和效率。

三、3D技術(shù)對傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)業(yè)的影響分析

3.1是促進陶瓷產(chǎn)業(yè)長久發(fā)展的基礎(chǔ)

首先，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，這對陶瓷產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新有著重要的導(dǎo)向作用。由于陶瓷產(chǎn)業(yè)在我國有著悠久的歷史，從原始社會開始，人們就已經(jīng)在利用人工堆砌的方式來進行食品的包裝工作，后經(jīng)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(yīng)用到其他的用途上，以促進其功能的充分發(fā)揮，這樣才產(chǎn)生了色澤如玉景德鎮(zhèn)的青白瓷，龍泉青瓷中的梅子青與粉青，以及哥窯中出現(xiàn)的天然斷紋和黑瓷中的黑釉等等，一度成為我國陶瓷產(chǎn)業(yè)之最。這些陶瓷的產(chǎn)生都與我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有著密切的關(guān)系，是陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展中不可或缺的支撐力量。

其次，3D技術(shù)的使用和推廣，為提升我國陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度提供了新的技術(shù)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(shù)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(zhì)量。

3.2制約了傳統(tǒng)陶瓷種思維情感的表達

所有事物的發(fā)展都是有其兩面性的，3D打印技術(shù)在推進陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中，對其也產(chǎn)生了一定的負面影響，具體體現(xiàn)在：

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

其次，現(xiàn)今的陶瓷制作中，由于機器使用越發(fā)頻繁，這導(dǎo)致產(chǎn)品在出產(chǎn)后缺乏一定的靈魂，無法給人們發(fā)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(shè)陶瓷、藝術(shù)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(xiàn)出來的。使用3D打印技術(shù)制作陶瓷產(chǎn)品，雖然可以對產(chǎn)品的外觀進行合理的規(guī)劃和設(shè)計，但是卻無法對其內(nèi)在的理念和靈魂進行深入的刻畫，從而影響陶瓷產(chǎn)品的質(zhì)感。

四、現(xiàn)今陶瓷產(chǎn)業(yè)在發(fā)展中存在的弊端

4.1設(shè)計缺乏創(chuàng)新性，不足以吸引眼球

我國在進行陶瓷設(shè)計過程中，大多都是以國外或者國內(nèi)的一些成功案例為基礎(chǔ)，使得設(shè)計的內(nèi)容比較單一，缺乏創(chuàng)新性，不足以達到吸引人們眼球的效果。另外，在進行產(chǎn)品設(shè)計過程中，設(shè)計者的思維理念、文化內(nèi)涵以及綜合能力等因素都會直接的影響產(chǎn)品的設(shè)計效果，進而影響成品的質(zhì)量，這是任何機器以及先進設(shè)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(chuàng)造工作，因此，在進行設(shè)計時，還是需要人們思維意識的不斷激發(fā)，只有這樣才可以提升設(shè)計的效果，增加作品的獨特性。

4.2傳統(tǒng)陶瓷的定位存在一定的不合理性

我國目前處于一個經(jīng)濟發(fā)展的時代，經(jīng)濟效益的增長是現(xiàn)今的重要內(nèi)容，但是在追求經(jīng)濟發(fā)展的過程中，卻伴隨著傳統(tǒng)工藝和技術(shù)相繼的減少，甚至失傳。很多的傳統(tǒng)陶瓷制作者，為了獲得更多的經(jīng)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(chǎn)，這使得傳統(tǒng)的東西慢慢的淡出了人們的眼球。再加上傳統(tǒng)的陶瓷工藝制作比較復(fù)雜，使用的時間較多，且其產(chǎn)量相對較低，就會造成很多年輕人望而卻步，影響了傳統(tǒng)陶瓷制作工藝的發(fā)展。這都是由于傳統(tǒng)陶瓷對自身的定位缺乏合理的規(guī)劃造成的。

五、陶瓷藝術(shù)家對3D打印技術(shù)的看法及意見

5.1認可觀點

新技術(shù)的發(fā)展總是會有一部分的支持者的，很多陶瓷藝術(shù)家也在不斷的關(guān)注這新技術(shù)的發(fā)展狀況，并將其應(yīng)用到陶瓷創(chuàng)作中，作為創(chuàng)作的一種載體或者容器，并在實際的創(chuàng)作過程中加入更多自身的理解和想法，并以此來體現(xiàn)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(shù)家來說，3D打印技術(shù)是他們的幫手，因為有些此類陶瓷藝術(shù)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(chuàng)作，使成為一個可給世人觀賞的陶瓷藝術(shù)作品。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，使他們的想法能很快的實現(xiàn)，并不用花費太多時間成本，藝術(shù)家也可根據(jù)自己的要求來調(diào)整創(chuàng)作作品的尺寸與大小，這樣藝術(shù)家可以幾乎一個人就能完成自己的創(chuàng)作，不需借助他人的力量。將3D打印技術(shù)作為創(chuàng)作的工具，為實現(xiàn)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(shù)家認為3D打印技術(shù)的應(yīng)用破壞了傳統(tǒng)陶瓷市場的發(fā)展規(guī)律，他們認為陶瓷產(chǎn)品從遵循從制作模具到成型、上釉、燒成等各項工藝術(shù)流程，而不是由機器打幾下就可以生產(chǎn)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(yīng)該是水與泥土的結(jié)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(xiàn)意義，甚至有些藝術(shù)家人為這種新技術(shù)是對陶瓷市場的一種挑戰(zhàn)，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(tǒng)產(chǎn)品，注重的是一種藝術(shù)家思維與產(chǎn)品之間的完美融合。

六、陶瓷產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向

雖然現(xiàn)階段我國對3D打印陶瓷材料的制備技術(shù)、基礎(chǔ)理論及成形微觀機理等內(nèi)容還未進行深入的研究和發(fā)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(chǎn)品的制作。但是在后續(xù)的發(fā)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(tài)的設(shè)計效果，提升材料的施工工工藝以及3D打印陶瓷材料產(chǎn)業(yè)化的發(fā)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(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建及完善，同時在制作過程中，還要不斷的提升技術(shù)使用的保準性和規(guī)范性，增強零件的質(zhì)量，并最終為我國陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展貢獻力量。

參考文獻：

[1]高奇，曾紅，張德強.3D打印在大學(xué)生創(chuàng)新實驗中的應(yīng)用研究[J].實驗技術(shù)與管理.2015（11）

[2]杜雪娟.有限的可選材料阻礙3D打印發(fā)展[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用.2015（05）

[3]陶瓷3d打印技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].建材發(fā)展導(dǎo)向.2015（20）

[4]游清治.3D打印技術(shù)的重大新進展[J].新疆有色金屬.2015（06）