3D打印技术，又称增材制造，为陶瓷基复合材料的成型带来了革命性的变革。传统陶瓷材料因其高硬度、高脆性和高熔点，难以通过常规方法加工复杂结构。而将3D打印技术与陶瓷材料，特别是陶瓷基复合材料相结合，为航空航天、生物医疗、电子器件等高端领域制造高性能、轻量化、结构功能一体化的部件开辟了新路径。本文将探讨3D打印陶瓷基复合材料的成型技术及其研究进展。

一、主要成型技术

目前，应用于陶瓷基复合材料的3D打印技术主要包括以下几种：

1. 立体光固化成型（SLA/DLP）：这是目前应用最广泛、精度最高的技术之一。其原理是利用紫外激光（SLA）或数字光投影（DLP）逐层固化悬浮有陶瓷颗粒（如氧化铝、氧化锆）和增强相（如碳纤维、晶须）的光敏树脂浆料。成型后的“生坯”需经过脱脂和高温烧结，以获得致密的陶瓷复合材料零件。该技术适合制造高精度、高表面质量的复杂结构。

1. 选择性激光烧结/熔化（SLS/SLM）：该技术使用高能激光束选择性烧结或熔化陶瓷粉末与粘结剂（SLS）或直接熔化陶瓷粉末（SLM，对材料要求极高）。对于陶瓷基复合材料，通常采用间接SLS，即使用低熔点粘结剂将陶瓷粉末和增强纤维初步成型，再通过后续烧结致密化。其优点是无须支撑，可加工多种粉末材料，但表面粗糙度和精度通常不及光固化技术。

1. 直写成型（DIW）：又称挤出成型或 robocasting。通过压力将高固含量、具有剪切变稀特性的陶瓷复合膏体（浆料）从微细喷嘴中挤出，按照预设路径逐层堆积成型。该技术设备成本低，材料适用性广，特别适合制造多孔结构、梯度功能材料或大尺寸部件，但成型精度和表面光洁度相对较低。

1. 粘结剂喷射成型（Binder Jetting）：在铺平的陶瓷复合粉末床上，喷头选择性喷射液态粘结剂，将粉末逐层粘结成型。成型件同样需要脱脂和烧结。该技术打印速度快，可制造大型零件，且无须支撑，但坯体密度低，烧结收缩大，力学性能通常低于光固化和SLS成型的部件。

二、研究进展与挑战

3D打印陶瓷基复合材料的研究取得了显著进展，主要集中在以下几个方面：

1. 材料体系创新：研究焦点从单一陶瓷（如Al2O3, ZrO2）扩展到高性能复合材料体系。例如：

• 碳化物/氮化物基复合材料：如SiC/SiC、Si3N4/BN，具有优异的高温强度和抗热震性，用于航空航天热端部件。

• 生物陶瓷复合材料：如羟基磷灰石（HA）与β-磷酸三钙（β-TCP）或聚合物复合，用于制备具有生物活性和可控降解性的骨支架。

• 功能梯度复合材料：通过控制打印参数，实现材料成分、结构在空间上的连续梯度变化，以满足特定部位对性能（如硬度、导热、介电）的不同需求。

1. 增强相与界面调控：为了克服陶瓷固有的脆性，研究人员在陶瓷基体中引入多种增强相，如碳纳米管、石墨烯、陶瓷晶须（SiCw）、纤维（C纤维、SiC纤维）等。关键挑战在于确保增强相在浆料或粉末中的均匀分散，以及在打印和烧结过程中保持其完整性，并优化增强相与陶瓷基体之间的界面结合，以有效发挥增韧补强效果。

1. 工艺优化与后处理：优化打印参数（如层厚、扫描速度、激光功率、固化深度）以获得高密度、低缺陷的“生坯”是基础。后续的脱脂和烧结工艺对最终性能至关重要。研究人员正在开发新型脱脂方法（如催化脱脂）和先进的烧结技术（如热等静压烧结、放电等离子烧结），以降低烧结温度、减少孔隙、提高复合材料致密度和力学性能。

1. 多材料与多尺度打印：结合多个打印头或创新材料设计，实现陶瓷与金属、聚合物或其他陶瓷在同一部件内的集成打印，制造真正意义上的结构功能一体化构件。在微纳尺度上控制材料结构的打印技术也在探索中。

三、未来展望

尽管前景广阔，3D打印陶瓷基复合材料仍面临诸多挑战：原材料（特别是纳米级增强相）制备与浆料/粉末配方的成本较高；打印部件的尺寸精度受烧结收缩影响大；工艺链长，质量控制难度大；缺乏统一的标准和性能数据库。

未来研究将更侧重于：开发可打印性更佳、性能更优的新型复合浆料/粉末；实现打印过程的在线监测与智能化控制，提升成型一致性和可靠性；深入理解打印与烧结过程中的微观结构演化机理；以及拓展在极端环境（超高温、强腐蚀、强辐射）下的应用。随着材料科学、制造技术和数字化设计的深度融合，3D打印陶瓷基复合材料必将推动高端制造业向更精密、更智能、更绿色的方向发展。