君璟科技“微喷直写3D打印装备”助力陶瓷浆料3D快速成型

3D打印压电陶瓷以其制造工艺周期短、成本低、可制造复杂形状或微结构等优势，备受众多领域关注。然而，高固含量的陶瓷3D打印一直受限于打印技术的发展，高粘度高固含量压电陶瓷材料增材制造的研究也成为压电陶瓷 3D 打印的核心内容和重要前沿，同时也是难度最大、最具挑战性的课题之一。

为解决高粘度、高固含量压电陶瓷打印问题，北京航空航天大学机械学院袁松梅教授课题组联合清华大学材料学院，借助广东君璟科技有限公司提供的3D打印工艺及装备，提出了一种压电-气动混合3D打印方法（PPMJ）。该方法基于100nm钛酸钡陶瓷粉末，可实现50vol%陶瓷浆料的直写式快速3D打印，浆料粘度高达383,135mPa·s，工艺过程中喷嘴与承载介质之间采取非接触打印模式。相关研究论文“Piezoelectric-pneumatic micro-jet printing of high viscous piezoelectric slurry”发表在《Additive Manufacturing》期刊上。

压电陶瓷材料是超声、传感器、驱动器等领域现代工程应用发展的基础。全球压电器件市场规模2024年增长至3320亿元人民币。颠覆世界的十二项先进技术先进材料中明确提到压电陶瓷材料。3D打印工艺方法会极大拓展压电陶瓷元件复杂结构的制备能力，为其应用领域的拓展起到助力作用。

研究中随着陶瓷颗粒直径的减小及固含量的增加，陶瓷浆料的粘度会大幅增加，进而导致无法打印或打印性能差等一系列问题。北京航空航天大学机械系袁松梅教授团队提出了压电-气动非接触微喷3D直写式打印技术。通过改善光固化陶瓷浆料，优化打印参数及烧结工艺，最终基于0.2mm喷嘴实现了50vol%高固含量陶瓷浆料的打印。基于该技术可实现宽粘度范围的打印（982–383,135mPs·s，固含量 28—50vol%），对绝大部分浆料均可实现非接触式直写3D打印，适用范围非常广。

△图1 PPMJ混合打印系统

本研究，作者对比了三种典型树脂及四种常用分散剂的配方，通过比较每种浆料的流变特性，表明了每种分散剂针对不同树脂的分散能力。通过电镜观测手段实现了对分散剂最佳含量的直观表征，为陶瓷浆料配方过程中分散剂最佳含量的确定奠定了基础。

△图2 分散剂种类对不同树脂基陶瓷浆料流变特性的的影响

△图3 分散剂含量对浆料流变性的影响

△图4 烧结样件的光学图像

研究中通过对比 PPMJ 打印样件与传统干压样品，发现该打印技术所打印件的样件性能与传统干压式密度、居里温度等电学参数相近，表明 PPMJ 可有效用于压电陶瓷材料的3D打印。通过打印蜂窝状结构实现了复合材料的制备，所制备的压电-树脂复合材料具有较低的介电系数，该技术可广泛应用于水听器制备及传感等领域。

△表 PPMJ打印技术与传统干压式对比

君璟科技一直致力于3D陶瓷增材制造领域有关各类3D陶瓷材料、多种3D制备工艺及其装备、泛半导体工艺装备、难加工复材超精密减材制造技术等研发、生产与销售。企业是第一批拿到3C电子产品龙头企业陶瓷3D供应商资质，并与国内半导体、工业陶瓷、贵金属、奢侈品、消费品、3C电子等多家重量级企业形成产业协同和紧密合作，提升并加速3D陶瓷增材产业化量产落地。