3D 打印破局陶瓷制造！ORNL使用粘結(jié)劑噴射技術(shù)，制造不漏液陶瓷部件

2025年9月，南極熊獲悉，美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的科學(xué)家將粘結(jié)劑噴射增材制造（BJAM）與先進后處理技術(shù)相結(jié)合，成功生產(chǎn)出不漏液的陶瓷部件，這一成果解決了陶瓷 3D 打印領(lǐng)域長期存在的一項難題。ORNL 表示，這是目前已知首個通過增材制造（AM）技術(shù)制成的不漏液接頭，為 BJAM 組件的規(guī)?；a(chǎn)奠定基礎(chǔ)。?


△從左至右，Corson Cramer、Trevor Aguirre 和 Amy Elliott 正在討論碳化硅螺旋結(jié)構(gòu)部件（通過粘結(jié)劑噴射3D打印制造）

參與這項研究的團隊成員包括 Dylan Richardson、Corson Cramer、Amy Elliott 和 Kashif Nawaz。他們憑借在增材制造領(lǐng)域的這項貢獻，獲得了美國制造工程師學(xué)會（SME）2025 年度 Dick Aubin 杰出論文獎。該研究的資金支持來自美國能源部先進研究項目局-能源部（ARPA-E）以及能源部太陽能技術(shù)辦公室。?

可規(guī)?；?、低成本工藝拓展工業(yè)應(yīng)用場景?
陶瓷材料因具備耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性強和機械強度高的特點，在極端環(huán)境中不可或缺。但長期以來，陶瓷增材制造的規(guī)?；a(chǎn)一直面臨挑戰(zhàn)，這使得該技術(shù)在制藥、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制，這些領(lǐng)域的高通量反應(yīng)器需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較大且氣密性強的部件。ORNL 開發(fā)的連接技術(shù)能夠?qū)⒍鄠€ 3D 打印的小型陶瓷部件組裝成更大、更堅固的結(jié)構(gòu)，同時不會影響整體性能。?

Trevor Aguirre 是 ORNL 極端環(huán)境材料工藝小組的首席研究員，他表示：“陶瓷 3D 打印技術(shù)能夠制造出傳統(tǒng)制造方法難以實現(xiàn)的復(fù)雜高性能部件。這項進展提供了一套經(jīng)過驗證的方法來生產(chǎn)高質(zhì)量部件，還能推動下一代反應(yīng)器的研發(fā)。”?

研究團隊測試了多種不同的幾何結(jié)構(gòu)，以此篩選出能保持氣密性的設(shè)計方案。同時，他們還優(yōu)化了后處理工藝，進一步提升陶瓷接頭的結(jié)合度與密封性。這些陶瓷部件能滿足對更大結(jié)構(gòu)的需求，同時依托成本效益高的工藝，這為陶瓷增材制造在航空航天等高性能行業(yè)的更廣泛應(yīng)用提供支持。?


△某3D打印部件中填充了碳化硅預(yù)陶瓷聚合物，經(jīng)過熱處理后形成非晶態(tài)碳化硅

全球陶瓷3D打印領(lǐng)域的其他創(chuàng)新進展?
除 ORNL 外，多家企業(yè)也在不斷突破陶瓷增材制造的技術(shù)邊界:

2025年9月，奧地利公司 Lithoz 正在為兆瓦級飛機的氫電推進系統(tǒng)生產(chǎn)氮化鋁（AlN）熱交換器。這項工作屬于歐盟資助的 TRIATHLON 項目，該項目旨在開發(fā)更堅固、低排放、低維護的動力系統(tǒng)，助力航空業(yè)實現(xiàn)脫碳目標(biāo)，同時提升系統(tǒng)可持續(xù)性。這些熱交換器的設(shè)計由 Ergon Research 完成，設(shè)計過程采用了熱力學(xué)驅(qū)動的控制系統(tǒng)；生產(chǎn)環(huán)節(jié)則使用 Lithoz 基于光刻技術(shù)的陶瓷制造（LCM）CeraFab 3D 打印機。這些陶瓷部件不再需要高能耗的低溫氫泵。氮化鋁材料的熱導(dǎo)率達 211 W/mK，且熱膨脹系數(shù)適宜，能夠?qū)崿F(xiàn)緊湊、輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計 —— 這一點對電動化航空領(lǐng)域至關(guān)重要。該技術(shù)有望減少設(shè)備維護需求，為運營商節(jié)省數(shù)十億歐元成本。?

2025年4月，美國陶瓷增材制造專業(yè)企業(yè) Tethon 3D 與先進材料公司 polySpectra 展開合作，推出了一款名為 ThOR 10 的復(fù)合光固化樹脂。這款樹脂專為工業(yè) 3D 打印設(shè)計，融合了 polySpectra 具備熱穩(wěn)定性和抗沖擊性的環(huán)烯烴樹脂（COR）平臺，以及 Tethon 的專有陶瓷填料。最終制成的樹脂適用于制造對性能要求嚴(yán)苛的終端應(yīng)用部件。?


南極熊點評
ORNL 此次突破極具行業(yè)價值，其將 BJAM 與先進后處理結(jié)合產(chǎn)出不漏液陶瓷部件，不僅攻克陶瓷 3D 打印長期存在的漏液與規(guī)?；y題，還為高通量反應(yīng)器等工業(yè)需求提供解決方案，獲 SME 獎項也印證技術(shù)認(rèn)可度。而 Lithoz、Tethon 3D 等企業(yè)的同步創(chuàng)新，分別在航空氫電系統(tǒng)、工業(yè)樹脂領(lǐng)域拓展陶瓷 AM 應(yīng)用邊界。整體來看，這些進展正打破陶瓷增材制造的應(yīng)用局限，推動其向化工、航空航天等高端領(lǐng)域落地，加速行業(yè)產(chǎn)業(yè)化進程。