粉体与配方：从单相到 ZTA 复合

研究选用两种商用纳米粉体：3 mol% Y₂O₃ 稳定的 ZrO₂（牌号 TZ-3YS-E，D50≈90 nm）与高纯 Al₂O₃（牌号 TM-DAR，D50≈150 nm）。ZrO₂ 拥有更高弯曲强度、断裂韧性与熔点；Al₂O₃ 则硬度与杨氏模量更高。通过调控两者比例，可制备 ZTA（氧化锆增韧氧化铝）等复合材料，兼顾韧性与硬度。浆料配方以 25 wt% 的 Pluronic F-127 水溶液充当粘结剂/水凝胶基体，Duramax D-3005 作分散剂，甘油作增塑剂。单相与复合浆料的固含量分别定为 ZrO₂ 42.5 vol%、Al₂O₃ 45 vol%、ZTA（25/25 vol%）。高固含量有助于压低烧结收缩、抑制开裂，但前提是浆料仍具可挤出性——这一前提把后续所有流变工作都绑在了一起。

图1（对应原文 Figure 1）：实验装置与物料组合——DIW 打印机、优化后的高固陶瓷膏体、ZrO₂/Al₂O₃ 磨球以及金属料筒/喷嘴组件。

把"可打印"量化：屈服点、流动点与 30 s⁻¹ 粘度

研究强调，陶瓷浆料的"可打印性"不能只看是否剪切变稀，而应拆成可挤出性、形状保真度与结构恢复能力三条件。动态应变扫描（DSS）先定线性粘弹区（LVER），其终点对应的屈服点代表内部结构开始破坏的临界应力；振幅扫描里 G′=G″ 的交叉点定义为流动点，标志体系从凝胶态转向流体态。这两个参数直接决定 DIW 行为：屈服点过低，生坯无法自支撑、易塌陷；流动点过高，挤出阻力大、线条不连续甚至断丝。研究还把 30 s⁻¹ 下的粘度作为挤出阶段的代表性指标，因它接近打印喷嘴内的实际剪切速率。流变测试在板-板夹具上进行，并借助 10 mm 氧化锆/氧化铝磨球辅助行星离心混合，确保固相与添加剂均匀分散。

图2（对应原文 Figure 2）：DIW 直写过程示意（a）、注射器/喷嘴截面（b）以及在 Cura 软件中对圆柱样件的切片与路径预览（c），展示从数字模型到挤出路径的完整映射。

图3（对应原文 Figure 5）：动态应变扫描（DSS）曲线，通过 G′/G″ 与应变的关系确定 LVER 极限与屈服点。

图4（对应原文 Figure 4）：ZrO₂、Al₂O₃ 商用纳米粉体的 SEM 形貌，展示原料颗粒尺度与形貌特征。

打印窗口：0.84 mm 喷嘴与 1 bar / 4 mm/s

打印实验采用波兰 45Stages 个性化 DIW 设备，配合 0.84 mm 喷嘴。优化后的参数为 1 bar 挤出压力、4 mm/s 打印速度，并在压力与打印头速度间建立关联，以保证连续挤出和层间结合。在该窗口下，浆料稳定挤出、线条饱满、层高控制精确，无论 22 mm 直径圆盘还是复杂几何样件都保持良好形状。这一组合说明：喷嘴直径、挤出压力、打印速度必须同步优化，而非单独拧某一个旋钮。装料过程还须避免气泡卷入，否则生坯里会形成球形孔隙并遗传到烧结体。

图5（对应原文 Figure 7）：Al₂O₃ 浆料的粘度曲线与 G′/G″ 曲线，量化挤出阶段的流变窗口。

后处理：从生坯到约 96% 致密度

生坯在 25±2 ℃、40–50% 相对湿度下干燥 24 小时，以减缓水分蒸发梯度、抑制翘曲开裂。随后借助热分析（DTA-TG-QMS）优化脱脂曲线，最终在空气气氛中以 5 ℃/min 升温至 1500 ℃ 并保温 60 分钟完成烧结。烧结体相对密度达到约 96%，显微组织均匀、层间结合良好。高致密度来自三重协同：高固含量降低总收缩；分散剂与增塑剂优化减少有机物残留；流变窗口匹配保证生坯结构完整、无塌陷。研究还用巴西试验（径向压缩）评价烧结件的间接拉伸强度，所有样品按打印路径起点统一取向，以排除 DIW 各向异性带来的测试偏差。

图6（对应原文 Figure 8）：ZTA 浆料的粘度曲线（a）与 G′/G″ 曲线（b），对比复合体系相对单相浆料的流变差异。

可复现的研发路径

这项工作给高性能陶瓷 DIW 提供了一套可复现的路径：先明确粉体特性与目标性能，再设计高固低粘浆料；通过动态与稳态流变测试量化屈服点、流动点和挤出粘度；在简单几何上锁定压力—速度—喷嘴直径窗口；最后以后处理致密化验证性能。每一步都与设备能力紧密耦合，而非割裂调参。

设备适配视角：把路径落到硬件

从设备厂家角度看，这套路径对硬件提出了清晰清单。其一是挤出模式要灵活——支持气动/机械双模式挤出，才能覆盖从低压水基膏体到高固陶瓷浆料的跨度；其二是线宽能力要稳，可稳定输出 0.5–1.0 mm 线条，对应 0.84 mm 这类典型喷嘴；其三是环境配套，需有可控温湿度的干燥箱与高温烧结炉，把"打印—干燥—脱脂—烧结"真正串成一条工艺链，而不是各环节各自为政。对打算开展 ZrO₂/Al₂O₃/ZTA 结构陶瓷增材的团队，优先配置上述能力的 DIW 平台，才能稳定复现接近传统成型工艺的高性能陶瓷件。铂邦科技的 DIW 浆料直写设备支持氧化锆、氧化铝、ZTA 等陶瓷浆料的直写成型，多喷头、多材料联动系统可完成从墨水调配到三维结构一体成型的全流程，并配套 DLP 光固化复合成型模块与热处理工艺包，适用于结构陶瓷、生物陶瓷、绝缘陶瓷等方向的样品开发与小批量试制。