法国先进材料供应商Nanoe在Guillaume de Calan的演讲中介绍了其使用标准FDM设备进行陶瓷3D打印的方案。该公司概述了其Zetamix线材平台如何能够制造用于燃烧器、热交换器和核能研究等应用的复杂高温陶瓷部件，这些领域很可能在下一届AMA:Energy会议上占据重要地位。
使用标准FDM设备的陶瓷3D打印
与许多依赖专用硬件的陶瓷增材制造系统不同，Nanoe的Zetamix工艺设计用于兼容常用于聚合物打印的标准FDM打印机。打印部件随后需经过化学和热脱脂，再进行烧结以获得致密的陶瓷部件。据该公司称，这种对广泛可用设备的依赖降低了资本投资要求，并降低了陶瓷增材制造的门槛，特别是在能源相关研发和早期工业化阶段。基于线材的方法还能提供广泛的材料组合，包括氧化铝、氧化锆（白色和黑色）、碳化硅、定制陶瓷以及316L、H13和17-4 PH等技术金属，以及瓷器。高性能陶瓷和金属原料的日益普及，与Formnext 2025上工业增材制造领域对新材料的重视趋势一致。
使用Zetamix 3D打印零件。图片来源于Nanoe
陶瓷为何对能源系统至关重要
在演讲中，Nanoe强调，陶瓷在能源应用中的吸引力主要来自材料性能本身，而非仅仅因为增材制造。耐高温性仍然是一个决定性优势，氧化铝、碳化硅和氧化锆等材料能够在高达1500°C及以上的温度下工作。除了热稳定性，陶瓷还提供可调的热行为（从隔热到高导热性）以及关键的电学性能。例如，氧化铝被广泛用作电绝缘体，而氧化锆则表现出离子导电性。对高温、潮湿和腐蚀性环境的耐受性进一步使陶瓷适用于苛刻的能源系统。
燃烧器、热交换器与核应用
讨论中最成熟的陶瓷增材制造应用之一是燃烧器部件。Nanoe报告称，客户已在传统和新兴能源系统中采用陶瓷3D打印燃烧器，这些应用中用于气体和氧气流动的复杂内部通道难以或无法通过传统制造实现。耐高温性和氢气兼容性被列为关键要求。在核能领域，该公司描述了针对先进反应堆概念的碳化硅热交换器的早期研究工作。这些系统通常依赖熔盐或液态钠等强腐蚀性传热介质，对耐温性和耐腐蚀性能都有严格要求。
除了这项工作，Nanoe也一直在专门为腐蚀性核环境开发材料。在与Orano的另一个合作项目中，该公司推出了用于核应用的防腐材料，这反映出更广泛的关注点在于材料的耐久性和认证，而不仅仅是工艺的新颖性。更具实验性的应用包括对碳化硅封装核燃料概念的研究。虽然仍局限于研究环境，但陶瓷增材制造可以实现带有集成冷却通道的封装几何结构，从而可能提高安全性和热性能。
聚光太阳能、电子燃料与传感部件
除了核能，Nanoe还指出了在聚光太阳能发电和电子燃料生产中的应用，这些领域的陶瓷结构必须承受极端温度，同时容纳复杂的内部几何形状。陶瓷部件还可以作为催化涂层（如氧化铈）的基底，从而将活性材料直接集成到打印部件上。该公司还描述了陶瓷增材制造在高温传感和测量设备中的应用。例如，具有多个必须保持隔离的内部通道的氧化铝流量传感器，这种几何结构难以通过传统的陶瓷加工实现。
间接但成熟：用于金属铸造的陶瓷增材制造
尽管许多能源应用仍处于原型或认证阶段，但Nanoe认为用于金属铸造的陶瓷增材制造是最成熟、工业化程度最高的应用之一。通过增材制造生产的陶瓷型芯、模具和过滤器已被用于支持能源和航空航天系统高性能铸造金属部件的生产。尽管立体光刻在某些铸造应用中仍然常见，但基于线材的陶瓷打印正越来越多地用于生产复杂过滤器和工装，在这些应用中，设计自由度的重要性超过了表面光洁度的限制。
认证、规模化与现实的周期
在回答听众提问时，Nanoe承认陶瓷增材制造在规模化和认证方面面临重大障碍。即使没有增材工艺，陶瓷生产也对收缩、变形和缺陷敏感，而这些问题在逐层制造中会加剧。后处理被强调为一个关键瓶颈。打印可能只需数小时，但脱脂根据部件厚度可能需要一到两天，随后是持续数小时的烧结循环。要达到严格的公差通常需要多次迭代，从而延长开发周期。
认证仍然是能源应用（尤其是核能、航空航天和燃气轮机环境）面临的主要挑战。Nanoe通过与金属增材制造对比指出，从金属增材制造部件（特别是在核能领域）缓慢的认证过程中吸取的经验教训，可以直接应用于陶瓷领域。
为新系统设计，而非改造
展望未来，Nanoe认为陶瓷增材制造最可行的路径在于新产品开发，而非改造现有系统。在关键的能源基础设施中，即使是适度的性能提升也很少能证明替换经过验证的部件是合理的。相反，当工程师能够从一张白纸开始设计时，增材制造最为有效。新的能源系统、试点项目和初创企业主导的计划为从一开始就将陶瓷增材制造集成到部件架构中提供了更大的自由度，避免了传统设计的限制。
中国3D打印网编译文章！
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