现在及未来，将受益于陶瓷3D打印的行业有哪些？

多年来，塑料和金属一直是3D打印业内最主流的材料，陶瓷3D打印技术的应用远没有其他技术那样迅猛。但陶瓷3D打印市场仍然发展迅速，其规模在2017年已经达到9800万美元，到2024年可能超过10亿美元。

此外，据SmarTech分析公司发布的最新《陶瓷快速成型零件生产：2019-2030年》显示，陶瓷3D打印市场将在2025年后迎来一个拐点，届时，一大批公司和行业将受益于该技术。

01医疗保健

医疗行业一直热衷于采用3D打印技术。增材制造的速度和多功能性是从假肢到植入物等一系列医疗应用的理想选择。

传统的医疗植入物制造方式既昂贵复杂，花费时间又很长。3D打印则提供了更加便捷、低成本、个性化的制造优势，而且陶瓷具有类似人体骨骼的多孔表面，在医疗植入方面能够达到更优异的治疗效果。

▲3D打印的陶瓷医疗植入物

与金属不同，陶瓷没有关于离子释放或腐蚀的争论，它们在软组织和硬组织中都具有长期稳定性。因此，陶瓷材料在制作长期看来尽可能自然的修复体时显示出显著的优势。

除了骨科植入物，牙科是陶瓷3D打印另一个重要的医疗应用。随着美学和性能要求的提高，陶瓷3D打印作为一种解决方案应运而生，可以满足牙科领域的挑战。它提供了新的设计自由度，同时可以克服标准陶瓷工艺的技术局限性。

02航空航天

高温陶瓷是一类应用到航空航天领域很有前景的材料：强度高、密度低、高温性能好，可显著减重、提高燃油效率、延长使用寿命，大大降低成本。陶瓷基复合材料（作为高温合金的替代物）以及先进陶瓷（作为飞机或者火箭发动机的高温结构组件）在航空航天领域具有重要的应用潜力。

相比传统工艺，陶瓷3D打印可以更轻松地自定义零件。由于该过程是在添加材料而不是将其切除，因此制作独特的形状并节省昂贵材料的使用并不具有挑战性。对于需要高度专业化组件的航空航天工程，陶瓷3D打印是一项理想选择。

▲陶瓷基涡轮叶片

美国HRL研究室使用3D打印制造出的超强陶瓷材料不仅拥有复杂的形状，还能耐受超过1700摄氏度的高温。一些成熟的陶瓷3D打印公司则已经制造出了具有复杂结构形状的陶瓷叶片型芯、叶片、叶轮等产品。

03能源与电子

当前，电气和电子领域对采用3D打印生产复杂形状和微机电系统以及压电元件，这些难以用其他技术制造的元件越来越感兴趣。陶瓷不仅有助于提高系统的可靠性，它的耐磨性、电绝缘性和刚性机械性能使其能够在恶劣环境中（如熔炉中的传感器）正常工作。3D打印还可以使用多种不同的陶瓷材料，生产具有多功能性的定制陶瓷，从而满足不同的使用需求。

▲3D打印的无铅陶瓷材料可用于压电器件制造

3D打印的其他属性，例如构建具有定制孔隙率和成分产品的能力，正在促进其在基材制造、电子设备包装和陶瓷绝缘器件中的应用。3D打印的氧化铝已经用于生产电路和天线基板。在天体物理学中，3D打印被用于天线的碳化硅微波馈电喇叭开发，从而提高了通过空间传输的信号信噪比。

在光学和光电子领域，3D打印陶瓷可用于激光、医学成像设备和梯度折射率光学器件，以及滤光片支架、平移台、运动镜/镜头安装架等机械组件的生产。此外，陶瓷3D打印还可用于生产锂离子电池、固体氧化物燃料电池和核反应堆的组件。

04汽车制造

陶瓷的硬度和韧性在汽车制造领域有重要应用，它能很好的平衡各种温度波动、振动，并能在潮湿和各种化学物质的环境下工作。尤其是氧化锆陶瓷，其优势在汽车上发挥的作用淋漓尽致，汽车的发动机、传感器、制动器、减震器等重要装置中都有涉及。

在汽车发动机舱中，采用3D打印可以生成各种耐热组件，如阀门和燃油泵组件，研究部门还可更方便的对耐热成分进行分析。这些部件可以降低发动机噪音水平，实现更高的效率并减少磨损。

在气体或液体回路中以及在发动机系统中，对存储、密封和滑环的要求特别高。在各种侵蚀性环境中，3D打印的氧化铝和氧化锆陶瓷能够耐高温并具有出色的耐磨性和高弹性。

在排气阀门的应用中，3D打印的氧化锆陶瓷经受住了传统元件因为寿命短而失效的考验。由于其较低的弹性模量、高强度和耐磨性，出色的表面性能以及与钢相对应的热膨胀系数，氧化锆是3D打印制造排气阀的理想选择。

05军事和防御

同航空航天领域一样，国防部门也是陶瓷3D打印的领先采用者之一。陶瓷材料的高比刚度、高比强度以及相对于金属的低密度、高硬度和高抗压强度，使其在大到装甲系统、小到防弹衣上的应用非常广泛。

▲防弹陶瓷（图源：宁波伏尔肯）

传统的陶瓷制造方法无法像3D打印那样快速或经济地生产定制零件。增材制造可使国防机构尽快生产出独特而有弹性的陶瓷件。2019年，美国陆军研究实验室就已在鲍鱼壳的启发下开发出了3D打印陶瓷装甲/防弹衣。由3D打印制造的碳化硼和碳化硅材料，具有梯度或内部结构，这是传统陶瓷成型技术无法生产的。

除了极强的机械性能外，陶瓷的耐高温性能可用于制造超音速导弹的高温部件。由于与空气的剧烈摩擦，高超声速飞行器的表面会产生极高的温度和压力，因此可以采用高温陶瓷制造整个外壳。3D打印的自由成型能力相比于传统成型技术更可以制造出形状复杂的零件。在上文中我们已经提到美国HRL已经开发出了能耐1700℃的3D打印陶瓷，此举获得美国空军相关部门的合作。

▲HRL开发的3D打印陶瓷耐高温达1700℃

陶瓷3D打印技术的发展在近几年可谓迅速，其背后的主要驱动力是对零件更高耐热性、强度和韧性不断增长的需求将金属推到了性能极限，而工业陶瓷则具有更优异的表现。陶瓷3D打印工艺和材料也更加多样化，此前昂贵的技术正在变得可以承受。

总而言之，陶瓷3D打印技术正在变得日趋成熟，那些最初采用塑料或金属增材制造技术的医疗、能源、汽车等行业，已经开始发展陶瓷3D打印，这也预示着，该技术的市场应用开始初露端倪。