從原型設計到大規模生產：陶瓷增材制造在工業應用中的作用

魔猴君  科技前沿   21天前

雖然技術陶瓷是高性能應用的理想選擇，但這些材料并不總是易于加工。使用陶瓷材料生產零件時的挑戰是保持每個零件的特性和質量。當增加產量或加工復雜幾何形狀時，可能會出現孔隙率、表面粗糙度和尺寸精度等問題。

為了應對當今的這一挑戰，一些公司決定專注于陶瓷的3D打印，并展示陶瓷增材制造在復雜系列應用方面的可行性。在這些公司中，博世先進陶瓷公司于2014年成立，隸屬于著名的博世集團旗下的博世商業創新子公司，專門從事陶瓷增材制造的工業生產。博世先進陶瓷的目標是彌合陶瓷部件原型制作與大批量工業生產之間的差距。

陶瓷增材制造對工業應用有哪些好處？

增材制造相對于傳統方法的優勢是眾所周知的。這些包括生產高度詳細和復雜的零件的能力、更靈活和優化的流程、將多個功能集成到單個組件中以實現更具創新性的產品設計的能力、更快的上市時間以及節省金錢和時間。但這還不是全部。

還需要注意的是，增材制造避免使用昂貴的模具，特別是對于小型復雜的零件。這也消除了較長的交貨時間和高昂的制造和運輸成本。另一個關鍵點是陶瓷3D打印提供了靈活的制造能力，可以輕松適應不斷變化的設計和生產要求。

憑借上述諸多優勢，現在越來越多的公司受益于采用增材制造技術大規模生產陶瓷部件。這清楚地表明，這項技術不再局限于原型設計領域（有時人們錯誤地認為如此）。

關于這一點，博世先進陶瓷公司首席戰略官Ashu Sharma認為，傳達這些好處非常重要，因為并不是每個人都意識到了這些好處，他補充道：“由于增材制造是一項相對年輕的技術，我們的許多客戶還沒有意識到它的所有好處。我們在技術會議上激勵我們的客戶，向他們展示如何利用這些優勢并最大限度地發揮技術的作用。?因此，迄今為止的挑戰是試圖讓盡可能多的人意識到陶瓷增材制造的潛力及其可能的應用范圍。

陶瓷增材制造在多個行業的應用案例

但這些優勢如何轉化為尖端零部件呢？我們要求博世先進陶瓷為我們提供一些具體的用例示例。有趣的是，這項技術和材料確實可以適應各種各樣的應用和行業。

博世先進陶瓷服務的市場各自面臨著獨特的挑戰，需要定制的解決方案。其中包括醫療、半導體、能源、汽車和電子行業。該公司最近的項目之一是為一家醫療技術公司生產非常小而復雜的絕緣套管。該套管的設計目的是對腹腔鏡器械中的0.5毫米電線進行電絕緣。挑戰在于生產最大外徑為1.3毫米且壁厚僅為90微米的部件。傳統制造方法幾乎不可能實現的要求

3D打印技術使博世先進陶瓷能夠通過快速改變設計和工藝參數來應對這一挑戰，從而改進其制造方法。得益于Lithoz的光刻工藝，該公司能夠在一次打印過程中生產多達1,400件，一年最多可生產50,000件。該項目的成功還使得為患者實施創新且微創的腹腔鏡手術成為可能。

3.65mm插座采用氧化鋁制成，具有優異的耐熱性、化學穩定性和電絕緣性。

陶瓷3D打印的另一個有趣的應用是為自動化機器領域的領先者STIWA公司進行的應用。在這種情況下，需要一種創新的點膠針。

通常，金屬分配針用于自動化粘合劑制造工藝，以精確分配高粘度粘合劑。這些部件必須特別堅固且耐磨，因為生產停工可能會造成巨大的成本。博世先進陶瓷為STIWA開發了一種由技術陶瓷制成的替代劑量針，采用3D打印生產。

劑量針頭是在Lithoz打印機上用99.8%的氧化鋁打印的。該計量針的特殊之處在于其復雜的內部幾何形狀：內部錐體從幾毫米縮小到0.8毫米，具有復雜的曲率。傳統制造技術無法實現的幾何形狀。此外，制造工藝的高精度實現了極低的表面粗糙度，促進了膠粘劑順利通過孔洞。

陶瓷針具有復雜的內部幾何形狀。

最后，另一個可以從陶瓷3D打印中受益的領域是半導體。據博世先進陶瓷公司介紹，一個成功的用例是制造一個200毫米寬的環形刀片，用于處理和處理來自盒式磁帶或處理室的晶圓。有趣的是，這個由超過99.8%的氧化鋁制成的部件，尺寸為250 x 200 x 3.5毫米，重量僅為280克。部件內部制作了一個連續的120毫米內部通道，以允許氣體或液體流動。

此外，與金屬不同，氧化鋁不會污染晶圓或損害半導體制造中的純度，從而大大降低了污染風險。它的非反應性質，加上優異的耐化學性和耐高溫性，使其成為半導體環境的理想材料，可確保一致可靠的性能。對于此應用，博世先進陶瓷使用了3DCeram打印機，這使得能夠一次性生產出具有出色密度和精度的大型環。

陶瓷增材制造使零件設計和生產具有可擴展性和靈活性。

這些用例凸顯了陶瓷增材制造對廣泛工業需求的變革潛力。通過為最苛刻的應用提供可靠、高質量的解決方案，這項技術正在成為游戲規則的改變者。與能夠支持從設計到全面生產的項目的專家（例如博世先進陶瓷）合作，在當今的行業中具有顯著的競爭優勢。

博世先進陶瓷首席執行官Sophie Berninger總結道：“通過掌握從設計迭代到最終組件的整個工藝鏈，我們已經將技術開發出了原型階段之外，現在正在積極使用3D打印批量生產陶瓷組件，證明了增材制造對一系列行業的可行性和可靠性。生產具有復雜幾何形狀的高精度技術陶瓷的能力帶來了真正的優勢，包括縮短交貨時間、更有效地利用材料。隨著技術的不斷發展，增材制造顯然將成為創新的關鍵驅動力，幫助行業在快速變化的環境中保持競爭力。

編譯整理：3dnatives