精密陶瓷3D打印，如何突破產(chǎn)業(yè)升級(jí)技術(shù)之困？

來(lái)源：摩方精密

在增材制造技術(shù)重構(gòu)工業(yè)疆域的今天，精密陶瓷3D打印正站在從實(shí)驗(yàn)室突破到產(chǎn)業(yè)化爆發(fā)的臨界點(diǎn)上，作為工業(yè)4.0時(shí)代最具顛覆性的技術(shù)之一，既承載著突破材料性能極限的使命，也面臨著跨越"達(dá)爾文之海"的產(chǎn)業(yè)化考驗(yàn)。

根據(jù)AM Research最新發(fā)布的《陶瓷3D打印市場(chǎng)與預(yù)測(cè)：2024-2032年》研究報(bào)告，全球陶瓷3D打印市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將于2032年突破9億美元（約合72億元人民幣）。這一增長(zhǎng)動(dòng)能源于技術(shù)研發(fā)向工業(yè)級(jí)應(yīng)用的系統(tǒng)性遷移——推動(dòng)陶瓷3D打印從實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景向半導(dǎo)體精密器件、航空航天熱端部件、個(gè)性化醫(yī)療植入體等高端制造領(lǐng)域全面滲透。

產(chǎn)業(yè)臨界點(diǎn)前的三重門禁，摩方技術(shù)的破壁之道
陶瓷3D打印的產(chǎn)業(yè)化困局，本質(zhì)上是材料科學(xué)、精密制造與工業(yè)生態(tài)的多重博弈。當(dāng)技術(shù)走向量產(chǎn)，材料體系封閉性、工藝穩(wěn)定性缺陷、設(shè)備協(xié)同壁壘便形成三重封鎖線。

面對(duì)產(chǎn)業(yè)困局，摩方精密選擇以"超高精度"為戰(zhàn)略支點(diǎn)，構(gòu)建"材料-工藝-設(shè)備"三位一體的技術(shù)路徑，通過(guò)先進(jìn)的面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)2μm超高光學(xué)精度與智能曝光控制，成功突破陶瓷增材制造的微結(jié)構(gòu)加工極限。

在材料維度重構(gòu)可能
近年來(lái)，摩方精密在材料科學(xué)領(lǐng)域取得了顯著成就，連續(xù)推出了包括氧化鋁、氧化鋯以及聚合物SiOC陶瓷前驅(qū)體等多種自主研發(fā)的新型陶瓷材料，突破了傳統(tǒng)陶瓷的性能極限的同時(shí)保持了極高的良品率，為我國(guó)高端裝備制造提供關(guān)鍵材料支撐。

工藝控制的跨尺度躍遷
在精密陶瓷3D打印技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)中，摩方不斷突破制造極限，成功實(shí)現(xiàn)10μm孔徑和17μm桿徑的精密結(jié)構(gòu)極限加工能力，解決了傳統(tǒng)工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)的微通道、梯度孔隙等結(jié)構(gòu)制造難題。將在半導(dǎo)體封裝、5G/6G通信濾波器等高端制造領(lǐng)域發(fā)揮微納3D打印技術(shù)優(yōu)勢(shì)，尤其在加工精度、公差控制、材料性能等多維度符合新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)對(duì)關(guān)鍵零部件嚴(yán)苛制造的要求。

設(shè)備生態(tài)的協(xié)同進(jìn)化
隨著智能化時(shí)代的到來(lái)，摩方全新一代微納3D打印系統(tǒng)：microArch® S230A（精度：2μm）、S240A（精度：10μm），雙精度3D打印系統(tǒng)：microArch® D0210（精度：2&10μm）、D1025（精度：10&25μm），皆搭載創(chuàng)新提效的"自動(dòng)化水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)"，兼容光敏樹脂、高精度水凝膠、陶瓷漿料等開源材料體系，通過(guò)智能參數(shù)調(diào)控，有效提升了高精度微納3D打印制造效率和穩(wěn)定性，為實(shí)驗(yàn)室研發(fā)到尖端工業(yè)制造提供了全方位系統(tǒng)化的解決方案。

技術(shù)攻堅(jiān)結(jié)碩果，摩方助力多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)躍遷
如今，5G毫米波通訊技術(shù)的到來(lái)促使基站濾波器朝著小型化、輕量化、形狀復(fù)雜化和低介電損耗化方向發(fā)展。為了兼顧濾波器尺寸和形狀設(shè)計(jì)的需要，具有適中介電常數(shù)、超低介電損耗和近零諧振頻率溫度系數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷已經(jīng)成為毫米波通訊的首選。中南大學(xué)和河北工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)摩方microArch® S240 3D打印系統(tǒng)成功研發(fā)了高性能高精度的Mg2TiO4微波陶瓷，制備出品質(zhì)因子為142,000GHz的Mg2TiO4微波陶瓷，為小型化、高性能濾波器的制造提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

△濾波器基底結(jié)構(gòu)，DOI：10.1016/j.addma.2023.103757。

在微電子封裝技術(shù)領(lǐng)域，休斯研究實(shí)驗(yàn)室（由波音與通用汽車聯(lián)合創(chuàng)立的前沿技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)）采用摩方microArch® S230高精度3D打印系統(tǒng)，成功制備出具有微米級(jí)通孔陣列的陶瓷中介層。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了通孔直徑9μm、間距18μm的突破性指標(biāo)，并通過(guò)創(chuàng)新的熔融滲透金屬化工藝，構(gòu)建了高密度互連的電氣通路。此項(xiàng)技術(shù)突破不僅實(shí)現(xiàn)了彎曲及傾斜通孔等復(fù)雜三維布線結(jié)構(gòu)，更開創(chuàng)了微電子系統(tǒng)三維集成封裝的新范式，為下一代高性能電子封裝提供了創(chuàng)新解決方案。

△3D打印陶瓷中介層制造原理圖。

在終端項(xiàng)目落地進(jìn)程中，摩方自主研發(fā)的增材制造氧化鋯漿料發(fā)揮重要作用，也是推動(dòng)極薄牙齒貼面產(chǎn)品突破制造難題的關(guān)鍵要素。該項(xiàng)目不僅是國(guó)家“十四五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)，現(xiàn)還已成功獲得國(guó)家藥品監(jiān)督管理局三類醫(yī)療器械注冊(cè)證、美國(guó)FDA注冊(cè)認(rèn)證、ISO13485管理體系審核通過(guò)，為口腔醫(yī)療行業(yè)提供了全新的數(shù)字化解決方案。

△摩方自研增材制造氧化鋯漿料相關(guān)認(rèn)證資質(zhì)。

近期，德國(guó)工業(yè)制造商BANTLE 3D通過(guò)引進(jìn)摩方精密microArch® S230 高精度3D打印系統(tǒng)，在耐高溫非導(dǎo)電陶瓷組件領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大技術(shù)突破。該企業(yè)新建的先進(jìn)制造產(chǎn)線已完成核心工藝設(shè)備部署，其脫脂與燒結(jié)系統(tǒng)的協(xié)同集成標(biāo)志著歐洲產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程全面加速。

△德國(guó)客戶使用摩方設(shè)備進(jìn)行打印精密樣件。

在精密制造產(chǎn)業(yè)革新進(jìn)程中，摩方的價(jià)值不僅在于微納3D打印技術(shù)的突破，更在于構(gòu)建了"需求牽引-技術(shù)突破-商業(yè)閉環(huán)"的產(chǎn)業(yè)落地化路徑，也將陶瓷精密制造帶入"微納尺度、高良品率、小批量生產(chǎn)"的新范式，為半導(dǎo)體、生物醫(yī)療、航天航空、新能源等行業(yè)開辟了中國(guó)精密制造的新航道。