摘要：在增材制造领域，氮化硅陶瓷在复杂几何形状的制造中展现出巨大潜力。然而，高折射率和天然亲水性等挑战阻碍了 Si₃N₄浆料的稳定性和可打印性。近日，深圳大学增材制造研究所陈张伟教授带领团队在《Ceramics International》发表了题为《Systema

在增材制造领域，氮化硅陶瓷在复杂几何形状的制造中展现出巨大潜力。然而，高折射率和天然亲水性等挑战阻碍了 Si₃N₄浆料的稳定性和可打印性。近日，深圳大学增材制造研究所陈张伟教授带领团队在《Ceramics International》发表了题为《Systematic optimization of silicon nitride slurries for high-precision photopolymerization 3D printing》的研究，他们通过优化浆料参数（包括粘度、沉降稳定性和固化深度）来解决这些限制，从而提高打印性能。

研究内容

本研究采用田口法进行了系统研究，以分析固含量、分散剂浓度和树脂比对浆料行为的影响。流变学分析显示，所有测试的浆料均表现出剪切稀化行为，这一特性有助于在打印过程中实现平滑均匀的层沉积。

以下是文章的研究方法及数据：

△图1， Si₃N₄浆料制备示意图。

△图2，用于打印 Si 3 N 4 的CeraBuilder 100Pro 和 CAD 模型。

△图3，( a) 每种浆料的粘度与剪切速率的关系，(b) 30至100s −1之间的放大粘度曲线。

△图4，各因素显著性水平的范围分析。

△图 5. （a）沉降测量（体积%）随时间变化的 50 天曲线；（b）沉降 50 天后的浆液表示（直线）和沉降 50 天后的倒置显示，以分析所有浆液的流动性。

△图6，三因素极差分析，分析各因素的影响程度。

△图7，( a)、(b)、(c) 不同固含量下各浆料的固化厚度与曝光能量的关系 (d)。树脂比为1:2时，采用线性拟合比较固化深度。

△图8，各因素对固化深度（μm）影响的极差分析。

△图9，Ec和Dp的关系。

图10.3D结构和打印坯体的CAD模型。

图11.感光羟基硅氧烷添加量(a)0 wt%(b)10 wt%(c)20 wt%(d)30 wt%(e)40 wt%样品的SEM像(f)添加感光羟基硅氧烷前后晶粒间的微观变化示意图。

图12.不同感光羟基硅氧烷添加量的样品的(a)开口气孔率和线性收缩率以及(b)室温弯曲强度和体积密度。

图13.不同感光羟基硅氧烷添加量样品的(a)室温抗压强度和(b)热震循环剩余弯曲强度。

结论

该研究经过50天的沉降和稳定性测试，确定了固含量为50vol%、分散剂为3wt%、树脂比为1:2的浆料配方，可最大程度地减少沉降并确保均匀性。固化深度分析表明，增加固含量会减少散射引起的光穿透，因此需要精心平衡配方。 E51树脂的添加增强了光的穿透性和浆料的均匀性，优化了固化工艺。优化的浆料配方使复杂坯体的3D打印能够实现精准，并实现优异的层间附着力和尺寸精度。本研究建立了一个详细的框架，旨在提高 Si₃N₄浆料的可打印性，解决与粘度、稳定性和固化行为相关的关键挑战，并推进非氧化物陶瓷在增材制造中的应用。

来源：奇遇科技ADTE