【焦点】光固化3D打印研究 l 透明陶瓷及其微结构调控...

根据3D科学谷，光固化3D打印是一种发展空间很大的技术，不仅仅在口腔、健康防护、鞋类等领域获得了长足的应用发展，光固化材料还可以用于铸造领域的蜡膜，以获得精密的铸造结果，此外，光固化材料还可以与其他材料复合制造，譬如陶瓷或者是金属。本期，通过节选国内在光固化相关增材制造领域实践与研究的多个闪光点，3D科学谷与谷友一起来领略快速发展的光固化3D打印。

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2014-2024

光固化3D打印钇铝石榴石

透明陶瓷及其微结构调控

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胡松、唐雨馨、周国红、王士维

1. 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室2. 中国科学院大学3. 中国科学院大学材料科学与光电技术学院

摘要：成型是钇铝石榴石(YAG)透明陶瓷研制的关键环节，对透明陶瓷的致密化过程及其力学、热学和光学性能有重要影响。

本工作围绕YAG透明陶瓷的基于数字光处理(DLP)技术的光固化3D打印成型，系统地开展了YAG陶瓷浆料的研制、陶瓷生坯的构筑及坯体脱脂和烧结工艺研究。采用流变仪分析了固含量对陶瓷浆料流变特性的影响，借助分析曝光参数对单层陶瓷膜特性的影响，确立了最佳的光固化工艺参数。

结合TG–DTA分析，对陶瓷坯体脱脂制度进行了精准控制。采用真空高温烧结工艺制备得到高致密YAG透明陶瓷，讨论了固含量、烧结温度等工艺参数对YAG透明陶瓷微结构演变及光学质量的影响，基于DLP光固化成型技术成功制备出可见光透过率高达82.9%的高性能YAG透明陶瓷。

成型方向对3D打印口腔义齿

基托树脂材料物理性能及力学性能的影响

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展新新、曹露露、项东、汤皓、夏丹丹、林红

北京大学口腔医学院.口腔医院材料研究室国家口腔医学中心、国家口腔疾病临床医学研究中心、口腔生物材料和数字诊疗装备国家工程研究中心、北京大学口腔医学院口腔医疗器械检验中心、国家药品监督管理局口腔材料重点实验室、口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室、口腔数字医学北京市重点实验室

摘要：

目的：分析成型方向对打印件的表面特征、弹性模量、挠曲强度及断裂韧性的影响及其与受力方向之间的关系，为口腔义齿基托树脂材料的临床应用提供科学依据和指导。

方法：采用3D打印技术使用义齿基托树脂材料打印义齿基托树脂试样，试样形状及尺寸参考目前常规义齿基托材料检测标准。检测物理性能的试样为圆柱体(直径15 mm、厚1 mm)，在Z轴的不同角度方向上(0°、45°、90°)进行打印。扫描电镜观察经不同方向打印后试样的表面微观形貌；试样经色稳定仪浸水光照后观察其颜色稳定性；利用粗糙度仪分析试样表面粗糙程度；用维氏硬度计测量硬度。检测力学性能的试样为长方体(检测弹性模量和挠曲强度：长64 mm、宽10 mm、高3.3 mm；检测断裂韧性：长39 mm、高8.0 mm、宽4.0 mm)，分为W、H两组，W组以长×宽为底面，平行X、Y轴平面，自下而上沿Z轴开始打印，H组以长×高为底面，平行X、Y轴平面，自下而上沿Z轴开始打印，两组成型角度均分为0°、45°和90°，通过万能力学试验机研究其弹性模量、挠曲强度和断裂韧性。采用SPSS 22.0软件对数据进行统计分析。结果：表面形貌和粗糙度与成型方向密切相关，0°、45°及90°试样之间差异具有统计学意义，0°试样表面最光滑(粗糙度<1 μm)，45°试样表面最粗糙(粗糙度>3 μm)。0°试样硬度最佳[(196.13±0.20)MPa]，与90°试样[(186.62±4.81)MPa]比较差异具有统计学意义(P <0.05)。试样的力学性能与打印方向也密切相关，W组45°试样的弹性模量、挠曲强度及断裂韧性与其他方向试样比较均为最高，差异具有统计学意义。弹性模量结果显示，H组中，45°试样弹性模量最高，与0°和90°试样比较差异具有统计学意义(P <0.05)；W组中0°及45°试样高于90°试样(P <0.05)；且W组0°及45°试样的强度均显著高于H组0°及45°试样(P <0.05)。挠曲强度结果显示，H组各角度试样之间差异无统计学意义，W组中90°试样强度最小，与0°及45°试样之间比较差异具有统计学意义(P <0.05)，且W组0°及45°试样的强度均显著高于H组0°及45°试样(P <0.05)。断裂韧性结果显示，H组各角度试样断裂韧性均低于义齿基托材料检测标准规定的1.9 MPa m1/2；W组45°试样最高，与0°及90°试样比较差异具有统计学意义(P <0.05)，90°试样断裂韧性低于1.9 MPa m1/2。

结论：成型方向为0°的试样在物理性能上相对较优，而45°试样具有最优的力学性能；以长×高为底面沿Z轴不同方向打印的试样(H组)以及以长×宽为底面沿Z轴90°打印的试样(W组90°)的断裂韧性尚不满足临床要求，提示3D打印义齿基托树脂性能受打印方向影响，只有各个方向打印试样的各项性能均满足义齿基托材料检测标准的最低要求，才可用于临床。

物理场辅助填料粒子

在3D打印中取向调控研究进展

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李洋、郑新梅、梅欣、任燕、陈刚、彭必友

1. 西华大学材料科学与工程学院2. 南昌大学共青学院信息工程系

摘要：3D打印是一种自下而上、分层制造的材料累加制造方法。当前，3D打印正由原型制造向高性能化和功能化方向发展，对3D打印材料和加工过程调控提出更高的要求。纳米粒子在3D打印材料中的有序排列有助于提升打印制件的性能，但如何有效调控纳米粒子的取向面临挑战。

在3D打印过程中引入物理场（磁场、电场及超声场）是实现打印制件微观结构精准操控的有效策略之一。这不仅赋予打印制件一定的功能，也为制备具有多尺度、多响应结构制件提供新的思路。因此，基于物理场辅助的3D打印成为了近年来的研究热点。

本文首先简述了3D打印技术种类及其特点，并强调了物理场辅助3D打印调控纳米粒子取向的重要性；其次，梳理和归纳了物理场辅助3D打印调控纳米粒子取向的基本原理、材料要求、应用及性能。最后，对物理场辅助3D打印调控填料粒子取向存在的问题与挑战进行了总结，并对其未来发展方向进行了展望。

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3D打印树脂模在重型燃机

透平叶片制造中的应用技术研究

赵仕志、温志勋、吴欣洲、赵代银、张琼元、郝悦、郭维华

1. 西北工业大学力学与土木建筑学院清洁高效透平动力装备全国重点实验室2. 东方电气集团东方汽轮机有限公司

摘要：针对重型燃机高温透平叶片精铸流程长、试验迭代慢的特点，介绍了3D打印树脂模在燃机叶片精密铸造开发过程中的应用情况。

重点阐述了3D打印树脂模的材料特性、强度控制方法、表面特性以及适应精密铸造过程的工艺匹配方法，为采用树脂模直接成型叶片创造了条件。

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