德克萨斯大学开发超快热脱脂技术，可在30分钟内去除3D打印氧化锆粘合剂

2025年2月8日，南极熊获悉，德克萨斯大学 (UT Dallas) 的研究人员开发了一种新型超快热脱脂 (UFTD) 技术，可以在 30 分钟内完全去除粘合剂。研究团队使用了3Y氧化锆浆料和Tethon 3D的陶瓷立体光刻 (大桶光聚合) 3D 打印机。

相关研究以题为“Single-Step Thermal Debinding forCeramics Vat Photopolymerization in Less than 30-Minutes”的论文发表在SSRN网站上，访问链接：https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=5096489

Tethon 3D 首席执行官Trent Allen 表示：“想象一下能够在 30 分钟内打印出一个牙冠，然后完成烧结。在陶瓷增材制造领域，我们可以提供一些最实惠的材料和硬件。我们希望能够为牙科市场提供一种受欢迎的解决方案，该市场对价格的敏感度远高于更广泛的医疗保健领域。”

光聚合 (VPP) 是一种功能强大的陶瓷 3D 打印方法，可提供高分辨率和精细的结构。然而，传统的热脱脂 (TD) 工艺需要在烧结前去除粘合剂，耗时 20 到 100 小时。这种耗时的过程会增加成本并延迟生产，从而限制了 VPP 的工业应用。

△超快热脱脂 (UFTD) 工艺。(A)-(C) 在室温、中温 (~1050°C) 和高温 (~1400°C) 下工艺过程中拍摄的照片； (D) 通过 UFTD 烧结 3YSZ 复合几何结构；（E）UFTD脱脂原理的示意图。

通过利用真空热解和多孔石墨毡快速加热，UFTD 可加速粘合剂去除，同时保持结构完整性。与传统方法相比，这一进步可将处理时间缩短 40 到 200 倍，并将能耗降低3,500 倍。

UFTD 工艺结合了真空条件和高速加热循环，可实现高效脱脂。热分布包括每秒约 100°C 的加热速率，并在多个温度下设置特定的停留时间，最终在 1450°C 下烧结 2.5 分钟。这种优化方法可消除聚合物残留物，并为氧化锆部件提供高质量烧结准备，不会出现裂纹或缺陷。

△不同加工阶段的样品比较：(A)-(B) 超快速热脱脂 (UFTD-30) 工艺后的白色坯体和黑色烧结样品。(C) 随后在空气中进行热处理 (UFTD) 后颜色转变为白色。

与传统的热脱脂相比，UFTD 显著减少了时间和能源消耗，而传统的热脱脂需要耗时长达 100 小时，并且需要耗费大量能源的烧结工艺。从传统的热氧化到真空热解的转变加速了聚合物的分解，并有助于快速排出气体，从而最大限度地减少内部应力、材料浪费和环境影响。

尽管加热速度很快，UFTD 仍保持了出色的机械性能。UFTD 处理样品的孔隙率与传统脱脂部件的孔隙率相当，保持在 4.2% 至4.3%左右。晶粒结构保持良好，UFTD 样品的晶粒较大，同时维氏硬度高达 15.5 GPa，与传统工艺相当。

UFTD 方法为需要快速生产周期的行业中的陶瓷开辟了新的可能性，例如牙科应用、航空航天部件和电子精密印刷陶瓷绝缘体。UFTD 代表了陶瓷增材制造的突破，它将脱脂时间从几天缩短到几分钟，同时保持了零件质量。这一进步使 VPP 成为一种高效的工业规模陶瓷生产方法，可确保更快的周转、更低的成本和最小的能源消耗。