3D 打印破局陶瓷制造！ORNL使用粘結(jié)劑噴射技術(shù)，制造不漏液陶瓷部件

2025年9月，南極熊獲悉，美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）的科學(xué)家將粘結(jié)劑噴射增材制造（BJAM）與先進(jìn)后處理技術(shù)相結(jié)合，成功生產(chǎn)出不漏液的陶瓷部件，這一成果解決了陶瓷 3D 打印領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的一項(xiàng)難題。ORNL 表示，這是目前已知首個(gè)通過增材制造（AM）技術(shù)制成的不漏液接頭，為 BJAM 組件的規(guī)?；a(chǎn)奠定基礎(chǔ)。?


△從左至右，Corson Cramer、Trevor Aguirre 和 Amy Elliott 正在討論碳化硅螺旋結(jié)構(gòu)部件（通過粘結(jié)劑噴射3D打印制造）

參與這項(xiàng)研究的團(tuán)隊(duì)成員包括 Dylan Richardson、Corson Cramer、Amy Elliott 和 Kashif Nawaz。他們憑借在增材制造領(lǐng)域的這項(xiàng)貢獻(xiàn)，獲得了美國制造工程師學(xué)會(huì)（SME）2025 年度 Dick Aubin 杰出論文獎(jiǎng)。該研究的資金支持來自美國能源部先進(jìn)研究項(xiàng)目局-能源部（ARPA-E）以及能源部太陽能技術(shù)辦公室。?

可規(guī)?；?、低成本工藝拓展工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景?
陶瓷材料因具備耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)和機(jī)械強(qiáng)度高的特點(diǎn)，在極端環(huán)境中不可或缺。但長(zhǎng)期以來，陶瓷增材制造的規(guī)模化生產(chǎn)一直面臨挑戰(zhàn)，這使得該技術(shù)在制藥、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制，這些領(lǐng)域的高通量反應(yīng)器需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較大且氣密性強(qiáng)的部件。ORNL 開發(fā)的連接技術(shù)能夠?qū)⒍鄠€(gè) 3D 打印的小型陶瓷部件組裝成更大、更堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，同時(shí)不會(huì)影響整體性能。?

Trevor Aguirre 是 ORNL 極端環(huán)境材料工藝小組的首席研究員，他表示：“陶瓷 3D 打印技術(shù)能夠制造出傳統(tǒng)制造方法難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜高性能部件。這項(xiàng)進(jìn)展提供了一套經(jīng)過驗(yàn)證的方法來生產(chǎn)高質(zhì)量部件，還能推動(dòng)下一代反應(yīng)器的研發(fā)?！?

研究團(tuán)隊(duì)測(cè)試了多種不同的幾何結(jié)構(gòu)，以此篩選出能保持氣密性的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，他們還優(yōu)化了后處理工藝，進(jìn)一步提升陶瓷接頭的結(jié)合度與密封性。這些陶瓷部件能滿足對(duì)更大結(jié)構(gòu)的需求，同時(shí)依托成本效益高的工藝，這為陶瓷增材制造在航空航天等高性能行業(yè)的更廣泛應(yīng)用提供支持。?


△某3D打印部件中填充了碳化硅預(yù)陶瓷聚合物，經(jīng)過熱處理后形成非晶態(tài)碳化硅

全球陶瓷3D打印領(lǐng)域的其他創(chuàng)新進(jìn)展?
除 ORNL 外，多家企業(yè)也在不斷突破陶瓷增材制造的技術(shù)邊界:

2025年9月，奧地利公司 Lithoz 正在為兆瓦級(jí)飛機(jī)的氫電推進(jìn)系統(tǒng)生產(chǎn)氮化鋁（AlN）熱交換器。這項(xiàng)工作屬于歐盟資助的 TRIATHLON 項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在開發(fā)更堅(jiān)固、低排放、低維護(hù)的動(dòng)力系統(tǒng)，助力航空業(yè)實(shí)現(xiàn)脫碳目標(biāo)，同時(shí)提升系統(tǒng)可持續(xù)性。這些熱交換器的設(shè)計(jì)由 Ergon Research 完成，設(shè)計(jì)過程采用了熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)；生產(chǎn)環(huán)節(jié)則使用 Lithoz 基于光刻技術(shù)的陶瓷制造（LCM）CeraFab 3D 打印機(jī)。這些陶瓷部件不再需要高能耗的低溫氫泵。氮化鋁材料的熱導(dǎo)率達(dá) 211 W/mK，且熱膨脹系數(shù)適宜，能夠?qū)崿F(xiàn)緊湊、輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) —— 這一點(diǎn)對(duì)電動(dòng)化航空領(lǐng)域至關(guān)重要。該技術(shù)有望減少設(shè)備維護(hù)需求，為運(yùn)營商節(jié)省數(shù)十億歐元成本。?

2025年4月，美國陶瓷增材制造專業(yè)企業(yè) Tethon 3D 與先進(jìn)材料公司 polySpectra 展開合作，推出了一款名為 ThOR 10 的復(fù)合光固化樹脂。這款樹脂專為工業(yè) 3D 打印設(shè)計(jì)，融合了 polySpectra 具備熱穩(wěn)定性和抗沖擊性的環(huán)烯烴樹脂（COR）平臺(tái)，以及 Tethon 的專有陶瓷填料。最終制成的樹脂適用于制造對(duì)性能要求嚴(yán)苛的終端應(yīng)用部件。?


南極熊點(diǎn)評(píng)
ORNL 此次突破極具行業(yè)價(jià)值，其將 BJAM 與先進(jìn)后處理結(jié)合產(chǎn)出不漏液陶瓷部件，不僅攻克陶瓷 3D 打印長(zhǎng)期存在的漏液與規(guī)?；y題，還為高通量反應(yīng)器等工業(yè)需求提供解決方案，獲 SME 獎(jiǎng)項(xiàng)也印證技術(shù)認(rèn)可度。而 Lithoz、Tethon 3D 等企業(yè)的同步創(chuàng)新，分別在航空氫電系統(tǒng)、工業(yè)樹脂領(lǐng)域拓展陶瓷 AM 應(yīng)用邊界。整體來看，這些進(jìn)展正打破陶瓷增材制造的應(yīng)用局限，推動(dòng)其向化工、航空航天等高端領(lǐng)域落地，加速行業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。