南京理工大學

熊志偉，況唯一，郭如雪，聶 嘯

作品介紹

理工陶瓷項目致力于為用戶提供全球領先的陶瓷增材制造裝備和3D打印服務。依托國際首創(chuàng)的無粘結劑成形技術、對流調(diào)控技術，擺脫了沿用千年的脫脂燒結工藝，實現(xiàn)裝備到設計的一體化增材制造方案，填補了工業(yè)級陶瓷復雜產(chǎn)品行業(yè)的市場空白。團隊牽頭制定增材制造工藝參數(shù)庫國家標準，依托唯一增材制造部級國際合作平臺，為全球陶瓷增材指引方向。理工陶瓷，引領工業(yè)級陶瓷增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展。陶瓷葉片如圖1所示。熔池對流調(diào)控技術如圖2所示。

圖1 陶瓷葉片

圖2 熔池對流調(diào)控技術

技術原理功能

（1）針對成形精度無法控制的難題，國際首創(chuàng)無粘結劑激光選區(qū)直接成形技術，顛覆了現(xiàn)有陶瓷制造工藝流程，直接成形全陶瓷葉片，擺脫沿用千年的脫脂燒結工藝，尺寸精度控制在100 μm以內(nèi)。

（2）針對陶瓷強韌難問題，經(jīng)歷上萬次試驗迭代，探明了馬蘭戈尼對流與晶粒生長耦合機制，從螳螂蝦前鰲強韌的天然結構中獲得啟發(fā)，在100 μm熔池內(nèi)精準調(diào)控對流，制備生物網(wǎng)格結構陶瓷，斷裂韌性提升48%，彎曲強度提升166%，達到821 MPa，滿足了葉片服役韌性需求，已通過第三方權威檢測機構認證。

（3）針對陶瓷組織缺陷控制難，我們發(fā)明了基于光強特征的熔池在線監(jiān)控方法，在成形過程中，借助CT檢測人體病灶原理，通過每秒采集10 000個光強數(shù)據(jù)，實時重建三維光強模型，首次在國內(nèi)實現(xiàn)在線智能化缺陷診斷及控制。

創(chuàng)新與商業(yè)前景分析

本項目掌握國際首創(chuàng)的無粘結劑成形技術和對流調(diào)控技術，具有超前性和不可復制性，對比法國3DCeram、奧地利Lithoz等國際間接增材制造龍頭企業(yè)，成形周期縮短80%、韌性提升48%，是目前國際上唯一可同時實現(xiàn)工業(yè)級陶瓷復雜結構制備和強韌化的團隊。航空發(fā)動機葉片是“工業(yè)皇冠上的明珠”，陶瓷葉片可提升發(fā)動機推力，至今無法制造；此外，車載蜂窩陶瓷、陶瓷手機背板因脫脂燒結難以制造，成本居高不下。團隊瞄準航空發(fā)動機葉片、車載蜂窩陶瓷、5G手機背板等工業(yè)級陶瓷復雜產(chǎn)品，依托技術代差優(yōu)勢填補市場空白，滿足了新一代重大戰(zhàn)略科技產(chǎn)品對陶瓷工業(yè)產(chǎn)品制造能力的迫切需求，潛在市場高達380億元。