在30分鐘內(nèi)打印并燒結(jié)出一個(gè)陶瓷牙冠已成為現(xiàn)實(shí)！

2025年2月，南極熊獲悉，德克薩斯大學(xué)(UT Dallas)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種名為超快熱脫脂(Ultra-Fast Thermal Debinding, UFTD)的新型技術(shù)，可以在短短30分鐘內(nèi)完全去除粘合劑。研究利用了氧化鋯漿料和Tethon 3D提供的陶瓷立體光刻3D打印機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。


△不同加工階段的樣品比較：(A)-(B) 超快速熱脫脂 (UFTD-30) 工藝后的白色坯體和黑色燒結(jié)樣品。(C) 隨后在空氣中進(jìn)行熱處理 (UFTD) 后顏色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨��?br />
Tethon 3D的愿景與市場(chǎng)定位
Tethon 3D的首席執(zhí)行官Trent Allen指出：“在30分鐘內(nèi)就能打印并燒結(jié)出一個(gè)牙冠已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)！在陶瓷增材制造領(lǐng)域，我們提供了經(jīng)濟(jì)的材料和硬件。目標(biāo)是為價(jià)格敏感度更高的牙科市場(chǎng)提供受歡迎的解決方案。”

VPP技術(shù)及其挑戰(zhàn)
光聚合(Vat Photopolymerization, VPP)是一種強(qiáng)大的陶瓷3D打印方法，能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率和精細(xì)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建。然而，傳統(tǒng)熱脫脂工藝需要20到100小時(shí)才能完成粘合劑的去除步驟，這極大地增加了成本并延遲了生產(chǎn)周期，限制了VPP技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用潛力。

UFTD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
通過結(jié)合真空熱解和多孔石墨氈的快速加熱功能，UFTD技術(shù)顯著加速了粘合劑的去除過程，同時(shí)保持了結(jié)構(gòu)的完整性。與傳統(tǒng)方法相比，這種新技術(shù)可以將處理時(shí)間縮短40到200倍，并減少高達(dá)3500倍的能耗。


△(A)- (B)工作概述:傳統(tǒng)熱脫脂與超快速熱脫脂(UFTD)；(C)打印件

工藝細(xì)節(jié)及效果展示
UFTD工藝?yán)�用真空條件和高速加熱循環(huán)來高效脫脂。具備每秒約100°C的加熱速率，在多個(gè)溫度下具有特定的停留時(shí)間，最終在1450°C下燒結(jié)2.5分鐘。這種方法不僅消除了聚合物殘留物，還為氧化鋯部件提供了高質(zhì)量的燒結(jié)準(zhǔn)備，不會(huì)產(chǎn)生裂紋或缺陷。


△快速熱脫脂工藝；(A)-(C)在室溫、中間溫度(~ 1050°C)和高溫(~ 1400°C)下工藝過程中拍攝的照片；(D)通過UFTD燒結(jié)的3YSZ復(fù)雜幾何形狀；(E)通過UFTD的脫脂機(jī)制的示意圖。

盡管加熱速度極快，UFTD仍然維持了優(yōu)異的機(jī)械性能。經(jīng)UFTD處理的樣品孔隙率與傳統(tǒng)脫脂部件相當(dāng)，保持在4.2%至4.3%，晶粒結(jié)構(gòu)良好且維氏硬度達(dá)到15.5 GPa，與傳統(tǒng)工藝效果相近。

前景展望
UFTD方法為那些需要快速生產(chǎn)周期的行業(yè)如牙科、航空航天以及電子精密打印陶瓷絕緣體等開辟了新的可能性，標(biāo)志著陶瓷增材制造的重大進(jìn)步，將脫脂時(shí)間從數(shù)天縮短到了幾分鐘，同時(shí)確保了產(chǎn)品質(zhì)量。這一創(chuàng)新使得VPP成為一種高效的工業(yè)規(guī)模陶瓷生產(chǎn)方法，實(shí)現(xiàn)了更快的周轉(zhuǎn)時(shí)間、更低的成本和最小化的能源消耗。