陶瓷砂在3D列印中的應用主要指利用以粉末床為基礎的黏結劑噴射技術製造鑄芯、模具或直接成型陶瓷零件。這是一項在工業鑄造和高端製造領域至關重要的技術。以下將詳細介紹其應用原理、製程、優勢及具體應用領域：
一、核心技術及原理
技術名稱：黏結劑噴射3D列印（屬於「3D砂模列印」類別）。
工作原理：
粉末鋪設：在列印平台上鋪設一層極細的陶瓷砂（通常是二氧化矽或鋯砂）。
黏合劑噴射：就像噴墨印表機一樣，列印頭根據 3D 模型的切片數據，選擇性地將液態樹脂黏合劑噴射到砂層的特定區域。
固化與層壓：黏合劑迅速滲透並固化砂粒，形成目前層的固化結構。然後平台下降，鋪設新一層砂粉，如此重複，直到工件完成。
後處理：列印完成後，將工件嵌入未固化的砂粉中。取出後，進行噴砂清理，然後根據需要進行乾燥、浸漬強化等後處理。
二、詳細申請流程
資料準備：
陶瓷砂必須滿足高純度、均勻粒徑（通常為 100-300 微米）和良好的流動性等要求，以確保印刷精度和表面品質。
黏合劑是一種特殊的樹脂（如呋喃樹脂或酚醛樹脂），必須確保快速滲透和固化強度。
印刷流程：
無需支撐結構；未黏合的砂粉自然形成支撐，從而可以列印極其複雜的幾何形狀（例如空心通道和不規則曲面）。
關鍵後製步驟：
清潔：用壓縮空氣吹走鬆散的沙粉。
固化和強化：通常採用低溫烘烤（~200℃）或浸漬特殊塗層（如二氧化矽溶膠）來提高芯材強度和抵抗熔融金屬侵蝕的能力。
直接用於鑄造：將處理過的陶瓷砂芯/模具組裝到傳統的砂型中，然後倒入熔融金屬。
三、核心優勢
* **無模、靈活製造：**複雜的鑄芯可直接根據數位模型製造，突破了傳統模具的限制。這尤其適用於原型製作、小批量生產和複雜結構鑄件。
* **高精度和表面品質：** 可列印精細特徵（最小壁厚可達 1-2mm），表面粗糙度可達 Ra 12-25μm，減少後續加工。
* **極致的設計自由：** 可實現傳統方法無法製造的形狀，例如內部保形冷卻通道、多腔結構和空心結構，從而優化零件性能（例如，輕量化、均勻散熱）。
* **材料與成本效率：** 未使用的砂粉可以回收再利用（回收率通常>95%），適用於大型工件（長度可達數公尺）。
* **快速交付：**從圖紙到可用砂型/芯的周期可以從幾週縮短到幾天。
四、主要應用領域
* **高端鑄造業：**
* **引擎汽缸體/汽缸蓋：**用於製造複雜水冷通道的型芯。航太零件：用於渦輪葉片和進氣口的鑄造模具（使用耐高溫鋯砂或陶瓷砂）。
幫浦/閥門/液壓元件：具有複雜流道的零件。
直接功能陶瓷製造：
多孔陶瓷過濾器、催化劑載體、耐火部件等，可透過印刷後高溫燒結製造。
藝術與建築：
用於直接澆鑄大型雕塑和裝飾部件的原型或模具。
五、技術挑戰與發展
挑戰：
強度和脆性：陶瓷砂型列印零件相對較脆，需要進行後處理加固。
尺寸精度控制：受砂粒尺寸和黏合劑擴散等因素的影響，需要精確調整製程參數。
環境保護與安全：黏合劑可能含有揮發性物質，需要通風；舊砂再生過程中需要解決粉塵問題。
邊境方向：
奈米黏合劑/複合砂：提高列印零件的強度和表面光潔度。
智慧後處理：結合人工智慧優化烘焙和浸漬製程。
多材料列印：將冷卻銅管或感測器嵌入砂模中，以實現「智慧模具」。
