理工陶瓷——工业级陶瓷增材制造产业引领者

南京理工大学

熊志伟，况唯一，郭如雪，聂 啸

作品介绍

理工陶瓷项目致力于为用户提供全球领先的陶瓷增材制造装备和3D打印服务。依托国际首创的无粘结剂成形技术、对流调控技术，摆脱了沿用千年的脱脂烧结工艺，实现装备到设计的一体化增材制造方案，填补了工业级陶瓷复杂产品行业的市场空白。团队牵头制定增材制造工艺参数库国家标准，依托唯一增材制造部级国际合作平台，为全球陶瓷增材指引方向。理工陶瓷，引领工业级陶瓷增材制造产业发展。陶瓷叶片如图1所示。熔池对流调控技术如图2所示。

图1 陶瓷叶片

图2 熔池对流调控技术

技术原理功能

（1）针对成形精度无法控制的难题，国际首创无粘结剂激光选区直接成形技术，颠覆了现有陶瓷制造工艺流程，直接成形全陶瓷叶片，摆脱沿用千年的脱脂烧结工艺，尺寸精度控制在100 μm以内。

（2）针对陶瓷强韧难问题，经历上万次试验迭代，探明了马兰戈尼对流与晶粒生长耦合机制，从螳螂虾前鳌强韧的天然结构中获得启发，在100 μm熔池内精准调控对流，制备生物网格结构陶瓷，断裂韧性提升48%，弯曲强度提升166%，达到821 MPa，满足了叶片服役韧性需求，已通过第三方权威检测机构认证。

（3）针对陶瓷组织缺陷控制难，我们发明了基于光强特征的熔池在线监控方法，在成形过程中，借助CT检测人体病灶原理，通过每秒采集10 000个光强数据，实时重建三维光强模型，首次在国内实现在线智能化缺陷诊断及控制。

创新与商业前景分析

本项目掌握国际首创的无粘结剂成形技术和对流调控技术，具有超前性和不可复制性，对比法国3DCeram、奥地利Lithoz等国际间接增材制造龙头企业，成形周期缩短80%、韧性提升48%，是目前国际上唯一可同时实现工业级陶瓷复杂结构制备和强韧化的团队。航空发动机叶片是“工业皇冠上的明珠”，陶瓷叶片可提升发动机推力，至今无法制造；此外，车载蜂窝陶瓷、陶瓷手机背板因脱脂烧结难以制造，成本居高不下。团队瞄准航空发动机叶片、车载蜂窝陶瓷、5G手机背板等工业级陶瓷复杂产品，依托技术代差优势填补市场空白，满足了新一代重大战略科技产品对陶瓷工业产品制造能力的迫切需求，潜在市场高达380亿元。