碳化硅陶瓷具有硬度高、化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好等优异特性，已成为一种优异的结构陶瓷材料，被广泛用于汽车、航空航天、半导体、光学、耐火和防护结构等众多领域。然而，传统的碳化硅陶瓷成型方法由于精度低、难以制作形貌复杂的产品，无法满足许多领域的应用需求。3D 打印则可以颠覆传统加工工艺，为此提供了新的发展方向。关于碳化硅陶瓷 3D 打印技术3D打印技术又称为增材制造，是以 3D 数字模型文件为基础，依托计算机系统输出打印信号，通过打印头逐层堆叠构建所需的任意实体，具有减少原料损耗，可制备形貌复杂的成型种类，生产效率高，产品同质性及稳定性高等突出优势，被广泛用于金属、聚合物、陶瓷等材料领域。碳化硅陶瓷 3D 打印技术主要包括三种类型，分别是基于浆料、粉末以及固块的 3D 打印技术。今天我们主要讨论碳化硅陶瓷浆料基 3D 打印技术。碳化硅浆料基 3D 打印技术碳化硅浆料基 3D 打印技术主要包括直写成型（DIW）、立体光刻（SLA）、数字光处理（DLP）、双光子聚合（TPP）等。1.直写成型（DIW）：DIW 技术的打印原理是在计算机的辅助下，将具有高粘度的材料通过喷头挤压成长丝，按照计算机输出的模型横截面进行构建，然后逐层“书写”建立三维结构，最后将制得的预制件进行热解、烧结。DIW技术原理图
来源：CNKIDIW技术制备碳化硅陶瓷的优点主要是简易、便宜、快捷，对打印具有周期性规律结构、网状多孔结构的材料具有较大优势，常用于制备具有大孔结构、桁架结构的陶瓷部件；但是存在致密度低、打印精度低、产品表面质量差、气孔率高、强度低等缺点。2.立体光刻（SLA）：SLA 技术是目前商用效果最好的陶瓷 3D 打印技术，常用于制备高精度、复杂形状的陶瓷材料。SLA 打印原理是采用陶瓷粉体、光固化树脂以及添加剂（如光引发剂、稀释剂等）均匀混合成打印浆料，保持浆料的固含量在 50% 以上以保证经脱粘、烧结后的陶瓷零件能够保持原形貌。首先将打印参数、3D 模型输入计算机，由计算机控制打印头移动，打印头发射的激光选择性地照射在浆料表面，光引发剂吸收对应波长的激光后受激产生自由基，引发光固化树脂的光聚合过程，将陶瓷粉体填充在固化后的树脂骨架中，通常是点对线、线对层，一层打印完成后，打印台向下移动，然后进行逐层打印，获得陶瓷预制体，再通过脱粘、烧结等过程，得到最终陶瓷零件。SLA 打印原理
来源：CNKISLA 技术打印的碳化硅陶瓷产品具有精度高、表面光滑度好、分辨率可控、力学性能优良等特点，在打印结构陶瓷、微机械构件、生物材料等领域具有广阔的应用前景，但由于 SiC 粉末的吸光性及其与浆料折射率的差异以及浆料的粘度限制，导致烧结后零件的力学性能与打印条件的限制存在冲突，在脱粘后陶瓷的致密化方面存在巨大挑战。3.数字光处理（DLP）：DLP是在SLA技术基础上进行改进的 3D 打印技术。与SLA 技术类似，DLP 技术同样是通过激光选择性固化浆料中的树脂，以固化的树脂为骨架，陶瓷颗粒被包覆在有机网络中，由此构筑需要打印的零件。与SLA技术显著的区别在于DLP技术直接进行某一层的图像打印，代替了 SLA 技术中点到线、线到层再逐层打印的过程，提高了打印效率，并且可以获得几微米的分辨率。DLP 打印技术
来源：CNKIDLP 技术具有SLA技术的所有优点，且相比后者在打印效率和打印精度方面有了明显的提升，在打印 SiC 陶瓷微纳结构方面具有广阔前景；但也存在与 SLA 技术打印碳化硅陶瓷相同的问题。4.双光子聚合（TPP）：TPP 技术源自早期的 SLA技术，但在打印精度上有较大提高，其原理是通过双光子激发光引发剂中电子从低能级（稳态）向高能级（激发态）跃迁产生自由基引发光聚合过程，然后由点到线，由线到面，逐层进行打印。由于只有激光束中心高能部分才能引发该过程，光化学反应只在激光束对应的焦点范围内发生，从而使 TPP 技术可以打印亚微米级的高分辨率陶瓷结构。TPP技术原理
来源：CNKITPP 技术的优势在于可制备亚微米精度的复杂 SiC 陶瓷结构，但这也导致制备过程时间较长，不适合大批量、大尺寸工业生产，并且 TPP 技术在打印可靠性、打印原料方面需要进一步研究。为了解更多碳化硅陶瓷 3D 打印方面的最新研究进展，“第六届国际碳材料大会暨产业展览会——碳化硅陶瓷论坛”特邀中国科学院上海硅酸盐研究所 杨勇 研究员为大家带来《SiC碳化硅陶瓷及其复合材料的 3D 打印与微结构设计》，杨教授长期从事先进陶瓷材料增材制造及其表/界面科学研究，曾提出“光固化打印Cf结合液相渗硅”工艺制备轻质高强SiC基陶瓷路线和“压张交变应力”叠层结构策略，突破了大尺寸碳化硅陶瓷近零应力表面改性难题；主持研制了600mm 高精度数字化陶瓷激光打印成型装备和碳化硅激光部件，成功应用于北斗三号。
