1. 陶瓷增材制造导论

陶瓷增材制造（Ceramic Additive Manufacturing，Ceramic AM）是把陶瓷粉体、浆料或前驱体，通过逐层堆积的方式成形为三维坯体，再经脱脂与烧结获得致密陶瓷零件的制造路线。它与传统“干压—注浆—挤出—机加工”最大的不同在于：形状由数字模型直接驱动，材料在每一层被局部沉积或固化，因此可以制造传统模具难以脱模的复杂内腔、点阵、薄壁和梯度结构。理解这一章，关键要抓住三件事：用什么形态的陶瓷原料、靠什么能量或机制把材料“粘”成一层、以及成形后如何通过烧结把“坯体”变成“陶瓷”。

一、技术分类：按原料形态与结合机制划分

陶瓷增材制造的分类，最实用的方式是看“原料形态”和“逐层结合机制”。常见路线包括：

• 浆料/光固化类（SLA、DLP、LCD）：陶瓷粉体分散在光敏树脂中形成高固含量浆料，紫外光按切片图案固化树脂，把粉体“锁”在坯体中。优点是表面质量好、分辨率高；难点是固含量通常要控制在 40–60 vol%，脱脂时易开裂。
• 材料挤出类（DIW、FDM 陶瓷丝材）：陶瓷浆料或丝材从喷嘴挤出，逐层堆积。DIW 适合制备点阵、支架和梯度结构，但坯体强度低、干燥收缩大。
• 粉床类（SLS、SLM、BJ）：以陶瓷粉体为原料，用激光、电子束或粘结剂喷射实现局部结合。BJ（粘结剂喷射）效率高，适合中小尺寸批量；SLM 直接熔化陶瓷难度极大，多用于研究或特定体系。
• 层压与喷射类（LOM、AJP、冷喷涂等）：通过片材层压、气溶胶喷射或高速颗粒沉积实现成形，适合薄膜、涂层和特定功能陶瓷。

从“是否直接熔化陶瓷”看，又可分为间接成形（先形成含粘结剂的坯体，再脱脂烧结）和直接成形（激光/电子束直接熔化或烧结陶瓷粉）。目前工程化最成熟、应用最广的是间接路线，尤其是光固化和粘结剂喷射。

二、发展历程：从实验室到工程化

陶瓷增材制造的发展大致可分成三个阶段。20 世纪 90 年代是概念验证期，研究者把立体光刻（SLA）和选择性激光烧结（SLS）用于陶瓷粉体，证明“逐层堆积可以做出陶瓷件”，但当时粉体流动性差、收缩大、缺陷多，只能做简单形状。2000—2015 年是材料与工艺突破期，高固含量光敏陶瓷浆料、DIW 墨水、粘结剂喷射工艺逐步成熟，氧化铝、氧化锆、磷酸钙等体系开始进入齿科、骨科和铸造领域。2015 年至今是工程化与产业化期，设备从单机走向多激光、多喷头，浆料固含量从 40 vol% 提升到 50 vol% 以上，脱脂烧结工艺被系统优化，陶瓷 AM 开始用于批量齿冠、航空叶片铸型、微反应器和电子陶瓷基板。

推动这一进程的核心矛盾始终是：成形精度、坯体强度、烧结致密度和成本之间的平衡。例如光固化浆料固含量越高，烧结收缩越小、致密度越高，但浆料黏度急剧上升，铺层和清洗变得困难；粘结剂喷射效率高，但坯体强度低，搬运和清粉时容易破损。理解这些矛盾，才能理解为什么不同应用会选择不同技术路线。

三、与传统陶瓷工艺的对比

传统陶瓷工艺通常依赖模具：干压需要钢模，注浆需要石膏模，挤出需要口模。模具一旦做好，形状就固定了，改型成本高、周期长。增材制造则把“模具”换成了数字切片，改型只需改模型，特别适合小批量、复杂形状和个性化定制。但传统工艺在批量、成本和材料致密度上仍有明显优势，尤其是干压和等静压，效率高、坯体均匀、烧结后性能稳定。

四、典型应用领域

陶瓷增材制造的典型应用，集中在“传统工艺做不好或做不快”的场景。齿科是最成熟的领域之一：氧化锆齿冠、桥架和种植体导板通过光固化或 DIW 成形，再经脱脂烧结，实现个性化匹配。工业领域，粘结剂喷射用于制造航空发动机叶片铸造用陶瓷型芯和型壳，能做出传统注浆难以实现的复杂冷却通道。能源与化工领域，DIW 和光固化用于制造微反应器、催化剂载体和点阵换热结构，利用陶瓷的耐腐蚀和耐高温特性。电子领域，氧化铝、氮化铝基板通过增材制造实现异形散热结构。生物医疗领域，磷酸钙、生物玻璃支架用于骨修复，孔隙率和孔道结构可精确设计。