理工陶瓷
——工業(yè)級陶瓷增材制造產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)者

南京理工大學(xué)

熊志偉，況唯一，郭如雪，聶 嘯

作品介紹

理工陶瓷項目致力于為用戶提供全球領(lǐng)先的陶瓷增材制造裝備和3D打印服務(wù)。依托國際首創(chuàng)的無粘結(jié)劑成形技術(shù)、對流調(diào)控技術(shù)，擺脫了沿用千年的脫脂燒結(jié)工藝，實現(xiàn)裝備到設(shè)計的一體化增材制造方案，填補(bǔ)了工業(yè)級陶瓷復(fù)雜產(chǎn)品行業(yè)的市場空白。團(tuán)隊牽頭制定增材制造工藝參數(shù)庫國家標(biāo)準(zhǔn)，依托唯一增材制造部級國際合作平臺，為全球陶瓷增材指引方向。理工陶瓷，引領(lǐng)工業(yè)級陶瓷增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展。陶瓷葉片如圖1所示。熔池對流調(diào)控技術(shù)如圖2所示。

圖1 陶瓷葉片

圖2 熔池對流調(diào)控技術(shù)

技術(shù)原理功能

（1）針對成形精度無法控制的難題，國際首創(chuàng)無粘結(jié)劑激光選區(qū)直接成形技術(shù)，顛覆了現(xiàn)有陶瓷制造工藝流程，直接成形全陶瓷葉片，擺脫沿用千年的脫脂燒結(jié)工藝，尺寸精度控制在100 μm以內(nèi)。

（2）針對陶瓷強(qiáng)韌難問題，經(jīng)歷上萬次試驗迭代，探明了馬蘭戈尼對流與晶粒生長耦合機(jī)制，從螳螂蝦前鰲強(qiáng)韌的天然結(jié)構(gòu)中獲得啟發(fā)，在100 μm熔池內(nèi)精準(zhǔn)調(diào)控對流，制備生物網(wǎng)格結(jié)構(gòu)陶瓷，斷裂韌性提升48%，彎曲強(qiáng)度提升166%，達(dá)到821 MPa，滿足了葉片服役韌性需求，已通過第三方權(quán)威檢測機(jī)構(gòu)認(rèn)證。

（3）針對陶瓷組織缺陷控制難，我們發(fā)明了基于光強(qiáng)特征的熔池在線監(jiān)控方法，在成形過程中，借助CT檢測人體病灶原理，通過每秒采集10 000個光強(qiáng)數(shù)據(jù)，實時重建三維光強(qiáng)模型，首次在國內(nèi)實現(xiàn)在線智能化缺陷診斷及控制。

創(chuàng)新與商業(yè)前景分析

本項目掌握國際首創(chuàng)的無粘結(jié)劑成形技術(shù)和對流調(diào)控技術(shù)，具有超前性和不可復(fù)制性，對比法國3DCeram、奧地利Lithoz等國際間接增材制造龍頭企業(yè)，成形周期縮短80%、韌性提升48%，是目前國際上唯一可同時實現(xiàn)工業(yè)級陶瓷復(fù)雜結(jié)構(gòu)制備和強(qiáng)韌化的團(tuán)隊。航空發(fā)動機(jī)葉片是“工業(yè)皇冠上的明珠”，陶瓷葉片可提升發(fā)動機(jī)推力，至今無法制造；此外，車載蜂窩陶瓷、陶瓷手機(jī)背板因脫脂燒結(jié)難以制造，成本居高不下。團(tuán)隊瞄準(zhǔn)航空發(fā)動機(jī)葉片、車載蜂窩陶瓷、5G手機(jī)背板等工業(yè)級陶瓷復(fù)雜產(chǎn)品，依托技術(shù)代差優(yōu)勢填補(bǔ)市場空白，滿足了新一代重大戰(zhàn)略科技產(chǎn)品對陶瓷工業(yè)產(chǎn)品制造能力的迫切需求，潛在市場高達(dá)380億元。