何子斌
广州硂友新材料科技有限公司 广东广州 510000
摘要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。随着我国科研水平的不断发展与进步，我国无机非金属材料制造已经取得了巨大的成就，研究的成果受到世界瞩目。同时许多领域都有用到无机非金属材料，这样无机非金属材料有着良好的应用空间。但是增材制造成形后质量和性能等问题，阻碍了无机非金属材料制造业的进一步发展。本文就典型无机非金属材料增材制造现状及创新路径展开探讨。
关键词：无机非金属材料；增材制造；应用现状；创新路径
引言
增材制作一般会在基于离散堆积思想下来实现产品零件的快速制造，其在我国的无机非金属材料制作过程中也有着非常广泛的应用前景，而无机非金属材料的增材制作作为现阶段机械制造行业的一个研究热点问题。
1无机非金属材料增材制造发展
1.1无机非金属材料SLS成形发展
1989年，CarlCkard率先将SLS成形应用到烧结固体的分离中，然后筛选出生产工艺所需的烧结固体粉末，构建成设计图纸中零件的形状。但是粉末成形的原理多种多样，SLS共有四种类型分别为固相烧结、化学诱导、全部和部分烧融。根据生产工艺中是否添加粘结剂，又可分为添加和不添加两种。紧接着采取了溶解-沉淀法，将PA粘结剂覆盖在粉末颗粒的外表面，然后形成粉末基料，再选择性的使用激光让基料成形。2006年，纳米SiC成形在南通大学取得了突破性的成就，之后南昌大学也研究了SLS成形工艺中，粘结剂的有无对于SiC陶瓷的外形尺寸和性能参数有多大的影响。2007年，法国尝试SLS工艺打印的效果，并且成功实现了二氧化锆形，其密度已达到了56%。SLS成形所用到的无机非金属材料典型的材料有陶瓷材料，在SLS成形陶瓷的工艺流程分别为：陶瓷材料的生产-陶瓷烧结成形-渗透处理-高温烧结。
1.2无机非金属材料SLM成形发展状况
SLM是在SLS基础上演变而来的，它是通过激光有选择地融化固体粉末，逐层叠加成形所设计的零件，它最初是由德国Rraunhofer激光研究所于1995年提出。与SLS不同，SLM在成形过程中不需要添加粘结剂而是通过粉末的熔融固化来实现成形，可较方便地控制孔隙率与孔隙形状，成形出具有复杂内部结构的多孔件。SLM工艺主要用于金属或合金零部件的成形，对于隶属于无机非金属材料的陶瓷成形，其使用较少。2007年俄罗斯科Lebedev物理研究所的Shishkovsky和法国DIPI实验室用SLM工艺，在PhenixPM－100机器上打印ZrO2－Y2O3复合粉末，最终获得了孔隙率相对较低、几何尺寸精度相对较高的ZrO2陶瓷，但是仍含有气孔和裂纹。研究中，虽然对成形粉末进行高于1600℃的预热处理，但是最终打印出的陶瓷依旧存在裂纹。SLM在成形过程中，由于温度和应力变化较大，所以往往会导致裂纹的出现。为了减小裂纹，SLM成形粉末预热的过程显得很重要。
1.3 3DP成形陶瓷成形发展
陶瓷材料这种无机非金属材料多是经过成形和高温烧结形成的，其能够作为结构材料、道具材料以及功能材料来进行使用，并在人们的日常生活中有着非常广泛的应用，比如生物陶瓷因为良好的生物可容性而被应用到人体的骨骼以及牙齿制造；碳化硅陶瓷其因为良好的润滑特性能够作为高温轴承以及金属切削刀具来进行工作。（1）氧化铝陶瓷的三维打印成形：在氧化铝陶瓷的制作过程中，其可以借助于3DP成形来形成陶瓷，然后对其进行温等静压处理后，就可以使得陶瓷的密度得到一定的改善，并能够达到消除晶间缺陷的效果。在经过高温烧结处理之后也就能够获得陶瓷零件。但是在该三维打印过程中因为原材料中添加了氧化镁等助烧剂的缘故，也会使得制得陶瓷的密度与强度也得到一定程度的提升。
（2）氮化硅陶瓷的三维打印成形：在进行氧化硅陶瓷的三维打印过程中，多是将硅粉作为起始材料，然后将糊精作为粘结剂来制备出多孔硅胚体，然后对该胚体在氮气环境下进行反应烧结，便能够获得高孔隙率的氮化硅陶瓷。借助于3DP成形的碳化硅陶瓷其具备有良好的抗弯强度，在反应烧结过程中的线性收缩率也相对比较低，因此可以在高温轴承与切削工具等多个领域得到较为广泛的应用。（3）复合陶瓷的三维打印成形：借助于三维打印与化学气相渗透相结合的方式其也能够进行复合草次的有效制造，比如在进行SiSiC复合陶瓷的制备过程中，就可以借助于3DP技术来进行胚体的打印，然后通过渗入树脂的方式来使得胚体的性状得以稳定，在氮气环境下进行树脂的热分解，然后在分解完成之后渗入硅粉，对其在高温真空状况下进行烧结处理，也就能够获得SiSiC复合陶瓷。
2无机非金属材料增材制造出现性能不良原因
2.1三维成形技术
三维成形技术能够直接影响到零件制品的质量和性质，以3DP成形为例，喷头运动速度、直径、方向以及粉末厚度都会引起零件性能变化和质量问题。一般来说，直径大小会影响到表面粗糙程度，根据研究，直径越大粗糙度和孔隙率越大，直径越小粗糙度和孔隙率越小，但是，实际加工中很难制造出理想的小直径喷头。在SLS、SLM技术中，预热温度、扫描速度和激光功率变化都会影响到成形件质量，处理不好就会出现较大残余应力，温度差距大会产生裂纹，严重影响到无机非金属材料的性能与质量。实际上，3DP、SLS、SLM等技术要用到大量工艺参数，加之材料、温度等各方面因素，很难得到一个理想的模型，研究者要花费大量时间和精力去寻找最佳工艺参数来制造不同类型零件。
2.2材料处理工艺
在SLS和SLM成形工艺中，粘接剂一般都是粉末形状。选择合理的粘接剂能够加快成形的速度。在3DP成形中，粘接剂多为液体形状，加入适量的粘接剂能够提高基料成形的强度。所以SLS、SLM、3DP增材制造中,前期材料处理工艺尤为关键，所有工序质量的控制点都和前期材料的准备有关，导致材料处理工艺工序繁多，既涉及到材料制备工艺，还牵涉到材料配方工序，这样材料处理工艺的质量难以把控，进而影响到无机非金属材料增材制造的性能。
2无机非金属材料增材制造创新路径
（1）多专业联合攻关。增材制造是一项朝阳产业，能够带动机械、材料等多个产业的发展，创新制造方式，实现高质量、高效率绿色制造。针对增材制造所表现出来的优势，管理部门要促进增材制造“产学研”一体化，引导学校、企业等多方面力量投入到无机非金属增材制造研究之中，开展科技联合攻关，取得一批标志性的成果，进而实现机械、材料、自动化和计算机等多方面融合，牢牢把握技术创新主动权。（2）推动产业转型升级。增材制造创新和发展有赖于主管部门的管理，相关部门要抓住增材制造历史时机，推动各行各业产业转型升级，以“循序渐进、鼓励创新”原则来推动材料、装备、技术、后处理等方面创新发展，通过集中攻关来取得增材制造领域突破性进展，提升资源利用率，实现产业化应用，有效提升零件的质量，加快增材制造产业升级步伐。
结语
近年来无机非金属材料其增材制造工艺得到了较为迅速的发展，而且通过该工艺所制备的一些无机非金属成件也在各个领域中得到了较为广泛的应用。但是因为抗压强度、致密性以及尺寸精度难以有效保障的原因，就要求相关研究人员就增材制造工艺中的材料处理工艺以及成形工艺进行不断的优化与完善，从而促进我国制作行业得到进一步的发展。
参考文献
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