Page 55 - 《橡塑技术与装备》2022年1期

综述与专论 余刘洋 等·陶瓷光固化 3D 打印技术研究进展及应用

陶瓷光固化 3D 打印技术研究进展及应用

余刘洋 1,2 ，李丹杰 1,2 ，夏培斌 1,2 ，宋二然 1,2 ，苏艺帆 1,2 ，程杰 1,2 ，崔景强 1,2
(1. 河南省医用高分子材料技术与应用重点实验室，河南 长垣 453400 ；
2. 河南驼人医疗器械集团有限公司，河南 长垣 453400)

摘要 ： 与传统加工方法相比，光固化 3D 打印技术具有个性化、定制化、高分辨率等优点，可满足陶瓷精细结构的成型，在
陶瓷材料加工方面展示出很大的潜力。这里首先介绍了光固化 3D 打印技术及常见的陶瓷材料，从陶瓷浆料制备、素坯热处理工
艺方面进行讨论。同时对该技术在生物医学领域特别是在骨科、齿科中的应用进行总结。
关键词 ： 陶瓷 ；光固化 ； 3D 打印 ；生物医学
中图分类号 ： TQ174.5 文章编号 ： 1009-797X(2022)01-0005-05
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2022.01.002

3D 打印是一种不同于传统制造的新兴制造技术，
它结合了多个领域的科学知识，如计算机、材料加工
和机械加工等。首先通过计算机设计获得 “ 切片 ” 数
字模型，再通过打印机将可黏合材料一层一层堆积成
实际模型，因此也称为增材制造 (AM) 技术。3D 打印
技术根据成型方式的不同可以分为以下几种 ：立体光
固化印刷（SLA）、数字光处理（DLP）、熔融沉积成
型（FDM）、选择性激光烧结（SLS）和三维喷印（3DP）
等 [1] 。其中 SLA 技术及其衍生的 DLP 技术相比于其
他 3D 打印技术具有更高的打印分辨率，可用来制备高
清晰度及表面光滑的模型，并且不需要对表面进行机械
后处理，从而在增材制造领域显示出巨大的潜力 [2~3] 。
SLA 是第一个具有高分辨率和高打印速度的增材 图 1 立体光固化原理示意图
制造系统，被认为是原始的 3D 打印技术。在特定波 BGG、β- 磷酸三钙 β-TCP 等）和生物惰性陶瓷（如
长的紫外光照射下，发生聚合反应并固化，从点到线 氧化锆 ZrO 2 、氧化铝 Al 2 O 3 、碳化硅 SiC 等）。陶瓷材
[4]
到面，然后层层重叠，完成打印（图 1） 。 料具有耐高温、强度高、耐磨性优异、耐酸蚀等特点，
与 SLA 不同的是，DLP 技术利用数字光投影仪 已广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。然而随
屏幕作为光源，可以实现对整个面进行同时固化，大 着陶瓷材料应用的不断扩大，铸造等传统陶瓷成型方
大缩短了打印时间，是一种很受欢迎的打印方式 [5] 。 法已无法满足精细结构制造和高精度成型的要求，因
另外，DLP 打印机根据光源位置可分为光源下置式和 此制约了高性能陶瓷的应用和扩展 [7~8] 。
光源上置式，也可分别称为 “ 自下而上 ” 和 “ 自上而下 ” 光固化 3D 打印技术可实现高精度、定制化、个

打印方式，如图 2 所示。由于光源下置式的打印模式
需要的材料更少，而且使得固化层的厚度更精准，所
以一般采用自下而上的方式 [6] 。 作者简介 ：余刘洋（1991-），女，硕士研究生，就职于河
南驼人医疗器械集团有限公司，助理工程师，主要从事为医用
陶瓷种类繁多，可分为生物活性陶瓷（如羟基
高分子材料方面研究工作。
磷灰石 HA、生物活性玻璃 BG、生物活性微晶玻璃 收稿日期 ：2021-11-15

年
2022 第 48 卷 ·5·