台湾大学研究人员开发出高精度、近全致密陶瓷光固化3D打印解决方案

频道：技术日期：2026-02-03 浏览：17

2026年2月2日，来自台湾大学 (NTU)的研究人员宣称攻克了精密陶瓷制造领域长期存在的挑战：开发出一种能够生产收缩率极低、密度接近100%的陶瓷零件光固化3D打印工艺。

相关研究成果以题为“Ultralow-shrinkage ceramicfabrication via three-dimensional printing of high-solid-loading suspensions”的论文发表在《Additive Manufacturing》期刊上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2025.105051

光固化成型（VPP）3D打印技术为制造具有前所未有的复杂结构的陶瓷材料开辟了新的机遇。然而，VPP 3D打印陶瓷部件在后续高温加工过程中会导致陶瓷烧结收缩过大和密度不足，进而因大量聚合物粘结剂的去除而造成尺寸精度损失。最终产品的变形和缺陷一直是VPP工艺的一大弊端，这也限制了其在高精度部件中的应用。为解决上述挑战，研究团队配制了具有优异流动性的超高固含量SiO₂陶瓷悬浮液（83 vol%），并提高了超高固含量悬浮液的可打印性，流体粘度达到<50 Pa·s。

本论文的共同通讯作者、台湾大学化学工程系教授廖英智教授表示：“这项策略代表了陶瓷3D打印领域的一个重要里程碑。它首次将材料设计、打印和热处理整合到一个统一的策略中，从而实现了精度和复杂性的双重提升。”

廖英智教授

研究团队通过整合Hansen溶解度参数（HSP）、粘度模型和Scott方程，建立了悬浮液成分的系统优化方法。HSP指导提高颗粒与树脂的相容性，从而最大化固含量。粘度模型预测了在83.0 vol%固含量下实现最小粘度的最佳粒径分布。尽管树脂基体含量极低，但TMPTA增强材料仍能有效提高生坯的拉伸强度，使其超过粘性剥离应力。

通过引入1.60 wt%的紫外线吸收剂，可以有效缓解超高固含量悬浮液中存在的负固化宽度和过大固化深度等关键问题。紫外线吸收剂能够降低宽度关键能量剂量下的固化深度，从而实现尺寸偏差小于6%的精细结构打印。

同时，优化后的83 vol%悬浮液可制备出各向同性体积收缩率低于6.5%且致密度接近100%（相对密度）的烧结陶瓷，这是 3D 打印陶瓷尺寸精度的基准。所得陶瓷空气过滤器能够高保真地保持复杂的结构和致密的微观结构。