陶瓷3D打印的分散劑：提升打印質(zhì)量和性能的關(guān)鍵

來源：3D打印AM增材制造

陶瓷3D打印分散劑的選擇和應(yīng)用成為了確保打印質(zhì)量和最終產(chǎn)品性能的關(guān)鍵因素,。本文將深入探討分散劑在陶瓷3D打印中的作用,、常用類型,、對(duì)機(jī)械性能的影響,，選擇時(shí)的注意事項(xiàng),，常用陶瓷粉體適用分散劑及3D打印碳化硅陶瓷常用分散劑,。

分散劑的主要作用

分散劑通過改善漿料的流變性能,、穩(wěn)定性和均勻性，直接影響打印過程和最終產(chǎn)品的質(zhì)量和性能,。其主要作用包括：

改善流變性能：確保打印材料在打印過程中的均勻性和一致性,。

提高穩(wěn)定性：防止粉末顆粒團(tuán)聚，維持懸浮液的穩(wěn)定性,。

控制粘度：確保打印材料具有適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性,，避免過高或過低的粘度影響打印效果。

提高打印精度：通過優(yōu)化分散劑的使用,，改善打印層的質(zhì)量和精度,。

影響干燥和燒結(jié)過程：減少干燥和燒結(jié)過程中的缺陷,。

確保材料兼容性：選擇與陶瓷粉末和打印液體兼容的分散劑。

PMA25分散劑對(duì)陶瓷漿料燒結(jié)的具體影響主要體現(xiàn)在以下方面：

改善燒結(jié)均勻性：PMA25有助于制備均勻分散的陶瓷漿料,，這保證了在燒結(jié)過程中陶瓷粉末能夠均勻地收縮和融合,，減少了內(nèi)部缺陷，如氣孔和裂紋,，從而提高了燒結(jié)體的均勻性和整體性能,。

提高燒結(jié)密度：由于PMA25能夠制備高固相含量、低粘度的漿料,，這有助于在燒結(jié)過程中獲得更高的材料密度,，因?yàn)楦�高的固相含量意味著更多的陶瓷材料在燒結(jié)過程中緊密結(jié)合。

降低燒結(jié)溫度：均勻分散的陶瓷粉末可能需要較低的燒結(jié)溫度,，因?yàn)轭w粒之間的接觸面積更大,，有助于促進(jìn)燒結(jié)過程的進(jìn)行。這可以節(jié)約能源并減少高溫對(duì)設(shè)備的損耗,。

減少燒結(jié)變形：由于PMA25有助于制備出均勻且穩(wěn)定的漿料,，因此在燒結(jié)過程中可以減少因不均勻收縮引起的變形，提高燒結(jié)件的尺寸精度,。

優(yōu)化微觀結(jié)構(gòu)：使用PMA25分散劑制備的陶瓷漿料在燒結(jié)后可以形成更優(yōu)化的微觀結(jié)構(gòu),，如更均勻的晶粒尺寸和分布，這有助于提高陶瓷材料的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性,。

提高燒結(jié)速度：均勻分散的粉末在燒結(jié)過程中可能具有更快的傳質(zhì)和傳熱速率,，從而加速燒結(jié)過程，提高生產(chǎn)效率,。

減少燒結(jié)缺陷：由于PMA25能夠有效防止粉末在漿料制備和打印過程中的聚集,，因此在燒結(jié)過程中可以減少因團(tuán)聚體造成的缺陷，如孔洞和夾雜物,。

Solsperse™ AC超分散劑在3D打印陶瓷制造中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,，提升了打印質(zhì)量和生產(chǎn)效率，其主要優(yōu)勢(shì)的總結(jié)：

高效分散：Solsperse™ AC超分散劑能夠有效地潤(rùn)濕細(xì)粉并將其分散到光固化樹脂中,，降低黏度,，減少結(jié)塊，從而實(shí)現(xiàn)窄粒度分布,。這對(duì)于陶瓷粉末的均勻分散至關(guān)重要,，有助于提高打印過程中的均勻性和最終產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度。

高固體含量：該超分散劑能夠?qū)崿F(xiàn)高固體濃度的陶瓷懸浮液,，濃度可高達(dá)60-65 vol.%,。高固體含量有助于減少回縮和實(shí)現(xiàn)更高密度的燒結(jié)體，從而提高最終產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度。

流變控制：Solsperse™ AC超分散劑有助于控制陶瓷懸浮液的流變性能,，確保其具有高度流動(dòng)性,、均勻性和穩(wěn)定性。這對(duì)于3D打印過程中的自流平和重新涂覆至關(guān)重要,，能夠促進(jìn)打印層的均勻形成,。

穩(wěn)定性：與其他分散劑相比，Solsperse™ AC超分散劑配制的懸浮液具有更高的穩(wěn)定性和可靠性,。它們能夠在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持均質(zhì)性，避免在打印過程中出現(xiàn)分層和裂縫,。

兼容性：Solsperse™ AC超分散劑與光聚合（甲基）丙烯酸酯或環(huán)氧粘合劑系統(tǒng)和陶瓷粉混合物具有良好的兼容性,。這確保了在打印過程中，分散劑不會(huì)影響最終產(chǎn)品的應(yīng)用性能,。

減少黏度：該超分散劑能夠有效降低陶瓷懸浮液的黏度,，使其更適合3D打印工藝。低黏度的懸浮液有助于減少打印過程中的剝離力,，從而減少最終產(chǎn)品出現(xiàn)裂紋和分層的風(fēng)險(xiǎn),。

高濃度應(yīng)用：Solsperse™ AC超分散劑能夠?qū)崿F(xiàn)高固體濃度的陶瓷懸浮液，這對(duì)于需要高密度和高純度的最終產(chǎn)品尤為重要,。例如,，Solsperse™ AC1和AC2產(chǎn)品適合用于小粒度材料的分散，而AC3和AC4則適合用于大粒度,、需要高孔隙度陶瓷材料的穩(wěn)定性控制,。

常用分散劑類型

BYK系列：適用于光固化陶瓷漿料，具有較低的揮發(fā)性,。

聚乙烯基吡啶酮：降低Al2O3陶瓷漿料的粘度,，提高穩(wěn)定性。

聚丙烯酸鈉和聚丙烯酸酯銨：適用于多種陶瓷漿料,，改善流變性能,。

油性聚氨酯、聚醚改性有機(jī)硅：適用于ZrO2陶瓷漿料,，降低粘度,。

PMA25、丙二醇甲醚醋酸酯：適用于光固化氧化鋁陶瓷漿料,，改善流變性能,。

分散劑濃度對(duì)機(jī)械性能的影響

分散劑的濃度對(duì)漿料的穩(wěn)定性、流變性能,、孔隙率和密度,、干燥和燒結(jié)過程以及材料一致性都有顯著影響，進(jìn)而影響部件的機(jī)械性能。

在選擇分散劑時(shí),，需要考慮以下因素：

材料特性：選擇與特定陶瓷材料兼容的分散劑,。

復(fù)合分散劑系統(tǒng)：可能需要結(jié)合不同類型的分散劑以獲得最佳性能。

濃度控制：避免添加量不當(dāng)影響懸浮液性能和打印質(zhì)量,。

環(huán)境影響：考慮分散劑對(duì)環(huán)境和健康的影響,。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試：進(jìn)行充分的實(shí)驗(yàn)測(cè)試以確定最適合的分散劑類型和添加量。

與打印參數(shù)的相互作用：考慮分散劑與打印速度,、層高和環(huán)境等參數(shù)的相互作用,。

Solsperse™ 超分散劑對(duì)60 vol.%氧化鋯懸浮液黏度的影響。

常見陶瓷顆粒類型及其適用的分散劑：

1.氧化鋁（Alumina）：氧化鋁是一種常見的陶瓷材料,，通常需要使用能夠與酸性表面良好作用的分散劑,，如一些陰離子型分散劑。

2.氧化鋯（Zirconia）：氧化鋯顆粒通常具有更高的硬度和優(yōu)異的耐磨性,，適用的分散劑應(yīng)該能夠提供良好的穩(wěn)定性和減少團(tuán)聚,，比如非離子型或某些特殊設(shè)計(jì)的超分散劑。

3.氮化硅（Silicon Nitride）：氮化硅陶瓷具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能,，適用的分散劑需要能夠在高溫下保持穩(wěn)定,，通常是具有耐高溫性能的超分散劑。

4.鈦酸鋇（Barium Titanate）：常用于電子陶瓷,，適用的分散劑應(yīng)該能夠提供良好的介電性能和顆粒分散性,，通常是非離子型分散劑。

5.碳化硅（Silicon Carbide）：碳化硅陶瓷具有很高的硬度和耐磨性,，適用的分散劑需要能夠有效地在非極性介質(zhì)中工作,，可能是特殊設(shè)計(jì)的聚合物分散劑。

光固化碳化硅陶瓷3D打印中的分散劑

在光固化碳化硅陶瓷3D打印中,，分散劑的選擇至關(guān)重要,。適用于該領(lǐng)域的常用分散劑：

BYK系列分散劑：在3D打印生坯的光固化性和完整性方面表現(xiàn)出色。

Solsperse™ AC超分散劑：特別適用于先進(jìn)陶瓷中使用,，提高打印過程的效率和質(zhì)量,。

PMA25分散劑：有效降低漿料粘度，提高其在3D打印過程中的流動(dòng)性和均勻性,。

丙二醇甲醚醋酸酯（PGMEA）：在光固化氧化鋁陶瓷漿料中表現(xiàn)出良好的分散效果,。

聚丙烯酸銨（PAA-NH4）：提高漿料的穩(wěn)定性和降低粘度。

聚乙烯吡咯烷酮（PVP）：在某些情況下可作為分散劑使用,，但粘度較高,。

選擇合適的分散劑對(duì)于提高光固化碳化硅陶瓷漿料的質(zhì)量和3D打印的成品率具有重要意義。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試和優(yōu)化,，可以確定最適合特定應(yīng)用的分散劑類型和添加量,，從而確保打印過程的順利進(jìn)行和最終產(chǎn)品的性能滿足要求,。