來源：奇遇科技
氧化釔（Y?O?）陶瓷具有優(yōu)異透明性宴宠，但傳統(tǒng)制造方法難以生產(chǎn)復(fù)雜幾何形狀狡煎。增材制造技術(shù)可制作高分辨率3D結(jié)構(gòu)，但打印過程中產(chǎn)生的缺陷和階梯效應(yīng)仍會影響透明度和表面質(zhì)量。近日痊硕，韓國大田科學(xué)技術(shù)大學(xué)Hui-suk Yun團隊在《Journal of Materials Science & Technology》發(fā)表了題為《Overcoming transparency limitations in 3D-printed yttria ceramics》的研究，探討了DLP光固化3D打印技術(shù)制備了不同打印層厚度的氧化釔（Y?O?）透明陶瓷，重點研究了層厚度對其光學(xué)和機械性能的影響。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.11.019研究內(nèi)容氧化釔（Y?O?）陶瓷在寬光譜范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的透明性弯屈，適用于激光窗口和光學(xué)器件。傳統(tǒng)制造方法如CIP和SPS面臨復(fù)雜幾何形狀的挑戰(zhàn)恋拷，而增材制造（AM）技術(shù)如數(shù)字光處理（DLP）提供了更高的幾何靈活性资厉。然而，DLP打印的透明陶瓷在實現(xiàn)高透明度和表面質(zhì)量方面仍存在光散射和階梯現(xiàn)象等問題蔬顾。已有研究表明酌住，層厚度影響增材制造陶瓷的固化深度、微觀結(jié)構(gòu)和透明度阎抒。薄層提高分辨率但易引入缺陷，厚層則可能導(dǎo)致過度固化和階梯現(xiàn)象消痛。優(yōu)化層厚度有助于改善表面光潔度和透明度∏胰現(xiàn)有研究集中于平面結(jié)構(gòu)，但仍缺乏針對3D陶瓷的拋光技術(shù)秩伞。為此逞带，本文研究了層厚度對透明Y?O?陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)、表面質(zhì)量和光學(xué)性能的影響烟渴，并開發(fā)了一種經(jīng)濟實惠的3D拋光后處理方法吱台，以提升DLP制備陶瓷的光學(xué)性能姥憋。以下是文章的研究方法及數(shù)據(jù)：△圖1，3D拋光技術(shù)的示意圖苦爸。
△圖2拼肥，(a–e) 不同層厚（20、25瑟扁、35境仁、45 和 55 μm）打印的胚體表面顯微結(jié)構(gòu)，(f) 不同層厚打印的胚體密度匹氯。
△圖3阿切，(a) 摻雜Y?O?粉末的粒度分布，(b) 摻雜Y?O?粉末的掃描電鏡（SEM）圖像重抑。(c) 層厚與粒度之間關(guān)系的示意圖擦蚣。
△圖4，(a–e) 不同層厚（20亿永、25掠廓、35、45 和 55 μm）制作的Y?O?燒結(jié)體的橫截面顯微結(jié)構(gòu)躏结。(f) 不同層厚制作的Y?O?燒結(jié)體的相對密度却盘。
△圖5，(a) 不同層厚的3D打印Y?O?陶瓷的收縮率媳拴，(b) 在線透射率黄橘，(c) 照片。
△圖6屈溉，(a) 不同層厚的3D打印Y?O?陶瓷的彎曲強度塞关，(b) 表面粗糙度。
△圖7子巾，(a) 表面粗糙度帆赢，(b) 在線透射率，(c) 使用不同方法拋光的Y?O?陶瓷照片线梗。
△圖8椰于，Y?O?陶瓷Z軸表面的掃描電鏡（SEM）圖像：(a) 拋光前，使用以下組合拋光后的表面：(b) 離心拋光和SiC粉末仪搔，(c) 振動拋光和SiC粉末姻眼，(e) 離心拋光和Al?O?粉末，(f) 振動拋光和Al?O?粉末袄扛。(d) Z軸表面示意圖娄缴。
△圖9，Y?O?陶瓷的Z軸表面形貌：(a) 拋光前桂付，使用以下組合拋光后的表面形貌：(b) 離心拋光和SiC粉末摊梯，(c) 振動拋光和SiC粉末云盲，(e) 離心拋光和Al?O?粉末，(f) 振動拋光和Al?O?粉末杀乃。(d) XY軸和Z軸表面示意圖球逢。Y?O?陶瓷的XY軸表面形貌：(g) 拋光前，使用以下組合拋光后的表面形貌：(h) 離心拋光和SiC粉末瞎弥，(i) 振動拋光和SiC粉末播瓦，(j) 平面拋光，(k) 離心拋光和Al?O?粉末祝鞍，(l) 振動拋光和Al?O?粉末众琼。
△圖10，(a) 使用不同拋光方法的材料去除率椰弊，(b) 使用不同拋光粉末的材料去除率许溅。3000目 (c) SiC 和 (e) Al?O?拋光粉末的掃描電鏡（SEM）圖像。使用 (d) 角形粉末顆粒和 (f) 圓形粉末顆粒進行表面拋光的示意圖秉版。
△圖11贤重，(a) 不同拋光方法下Y?O?陶瓷的材料去除率，(f) 在線透射率清焕，(g) Y?O?陶瓷通過不同拋光方法拋光后的照片并蝗。Y?O?陶瓷通過 (b) 振動拋光和Al?O?粉末結(jié)合拋光后的Z軸表面形貌，(c) 與膠體SiO?懸浮液結(jié)合拋光后的Z軸表面形貌秸妥。Y?O?陶瓷通過 (e) 振動拋光和Al?O?粉末結(jié)合拋光后的XY軸表面形貌滚停，(f) 與膠體SiO?懸浮液結(jié)合拋光后的XY軸表面形貌。Y?O?陶瓷表面XPS光譜 (h) 化學(xué)機械拋光前粥惧，(i) 化學(xué)機械拋光后键畴。
△圖12，(a) 梯度角穹頂突雪、(b) 菲涅爾透鏡和 (c) 三維透鏡陣列的照片起惕，分別顯示振動輔助化學(xué)機械拋光前后的狀態(tài)。
△圖13掠北，三維透鏡陣列的CT圖像：(a) 振動輔助化學(xué)機械拋光前牌骚，(b) 振動輔助化學(xué)機械拋光后。
結(jié)論本研究探討了層厚度對DLP陶瓷3D打印制備Y?O?陶瓷微觀結(jié)構(gòu)和表面質(zhì)量的影響攘宝。結(jié)果表明缘荧，增加層厚度可使Y?O?陶瓷微觀結(jié)構(gòu)致密，透過率提高欲华，且表面粗糙度降低。特別是在層厚度為45 μm時骇俏，陶瓷在波長1,100 nm處的透過率達97.73％天殉，相對密度為99.95％脚培。此外，采用振動輔助化學(xué)機械拋光技術(shù)靡鞭，結(jié)合Al?O?粉末和膠體SiO?溶液纺围，實現(xiàn)了高效的3D透明Y?O?制備。該技術(shù)降低了表面粗糙度95.42%蜘辕，提高了透過率66.12%僧旬，并消除了階梯現(xiàn)象。優(yōu)化層厚度和開發(fā)3D拋光技術(shù)成功提升了AM制備透明Y?O?陶瓷的光學(xué)性能逼庞。
