材料科学与工程学院

高性能陶瓷3D打印实验室

发布时间:2026-03-23浏览量:

高性能陶瓷3D打印实验室位于太原理工大学迎西校区博学馆D座109室,是材料科学与工程学院聚焦先进陶瓷增材制造领域,瞄准高端制造领域陶瓷构件“复杂结构难成型、定制化成本高、性能调控难度大”的行业痛点,突破传统陶瓷成型工艺的技术壁垒,以增材制造技术为核心,构建从陶瓷材料研发、成型工艺优化、脱脂烧结全流程管控到终端应用落地的完整技术体系。实验室聚焦高性能特种陶瓷(氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅、羟基磷灰石等)的增材制造工艺研发、材料配方优化、样品快速制备与性能评测;打通“设计-打印-脱脂-烧结-检测”全链条,服务高校科研、军工配套、高端制造与生物医疗的定制化需求。

实验室内部设施齐全,包括DLP光固化3D打印机、浆料直写3D打印机、高温马弗炉、鼓风式烘干机、真空干燥箱、高精度电子天平以及超声波清洗器。实验室可实现材料制备-精密成形-脱脂烧结全流程制备。具体实验流程如下:

1. 设计与数据处理室:三维建模软件、切片系统、工艺参数数据库;负责零件结构优化、支撑设计、路径规划。

2. 打印工艺区

光固化(SLA/DLP/LCD):配套浆料存储与温控系统;处理光敏陶瓷浆料,适合复杂精细结构。

直写成型(DIW):挤出式打印机、高压供料系统;适配高固含量浆料,用于厚壁/多孔结构。

3. 后处理区:脱脂炉、高温烧结炉(最高可达1800℃+)、喷砂/研磨设备、清洗线;完成有机物去除、致密化与表面精整。

4. 检测分析室:XRD、万能材料试验机、密度仪、尺寸测量仪;评估微观结构、相组成、力学性能与尺寸精度。

图1为行星式球磨机,主要用于陶瓷浆料的混合制备。在进行3D打印之前需要先进行陶瓷浆料的制备,通过实验台以一定的配方制备得到陶瓷浆料,随后进行3D打印。

图2为DIW直写3D打印机(左)和DLP光固化3D打印机(右),将陶瓷浆料装入3D打印机后,通过电脑系统控制将模型导入打印机,随后即可进行3D打印,得到陶瓷生坯。

图3为干燥箱(左)与高温马弗炉(右),将打印成型的陶瓷生坯在干燥箱中进行进一步固化,随后放入高温马弗炉进行脱脂烧结,即可得到陶瓷成品。

图4为3D打印的陶瓷样品。