多孔陶瓷是一種含有較多氣孔的無(wú)機(jī)非金屬材料，主要利用材料中的孔洞結(jié)構(gòu)與材質(zhì)本身結(jié)合而具有的性質(zhì)來(lái)達(dá)到所需的功能。作為一種新型綠色環(huán)保的陶瓷材料，具有孔隙率高、滲透率高、比表面積大、體積密度小和熱導(dǎo)率低等優(yōu)異特性。
多孔陶瓷從19世紀(jì)70年代開(kāi)始發(fā)展，初期被用作鈾提純和細(xì)菌過(guò)濾材料使用。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)發(fā)展，現(xiàn)如今其自身可調(diào)節(jié)的孔徑分布，配合上基體材料的光、電、熱、磁等物理力學(xué)性能可以在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用，例如作為過(guò)濾材料、催化劑載體、吸聲材料、保溫隔熱材料、生物材料、紅外燃燒器等。
1 多孔陶瓷的制備方法
多孔陶瓷的制備工藝主要有添加造孔劑法、擠出成型法、溶膠-凝膠法、冷凍干燥法、發(fā)泡法、顆粒堆積法、3D打印法、熔鹽法、有機(jī)泡沫浸漬法等。區(qū)別于許多工藝制作更為成熟的傳統(tǒng)制備，3D打印法（Three-dimensional printing, 3DP）是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種多孔陶瓷制備新方法。
3D打印利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer aided design, CAD）的三維數(shù)據(jù)模型，通過(guò)打印頭噴射粘結(jié)劑將粉體層層堆積成最終產(chǎn)物。3D打印技術(shù)與反應(yīng)燒結(jié)工藝的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜形狀陶瓷的無(wú)模制造與近凈尺寸成型。
2 實(shí)現(xiàn)3D打印的操作過(guò)程
實(shí)現(xiàn)陶瓷材料3D打印技術(shù)需要依靠?jī)蓚€(gè)系統(tǒng)：
一是計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，即用來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和圖形的設(shè)計(jì)，并將其轉(zhuǎn)換成通用的代碼語(yǔ)言；
二是接收指令的運(yùn)作系統(tǒng)，即用來(lái)輸出打印最終的成品。
基本過(guò)程大致為：
①建立三維CAD模型（computer aided design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）。
②基于離散一疊加原理將其切片獲取許多分離的平面。
③傳遞至成型系統(tǒng)。
④利用CAM（computer aided manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造）逐層打印出完整的零部件原型體。
3 視頻舉例：《泡沫陶瓷打印技術(shù)演示》
4 3D打印法制備多孔陶瓷的優(yōu)勢(shì)與不足
3D打印法制備多孔陶瓷具有無(wú)污染、效率高及無(wú)需模具等特點(diǎn)，不僅可以用來(lái)制備微觀結(jié)構(gòu)均勻、孔連通性好及形狀復(fù)雜的多孔陶瓷，而且還可以控制所制備多孔陶瓷的孔徑大小、孔形狀及孔隙率。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，有效地克服了傳統(tǒng)多孔陶瓷制備方法中存在的缺點(diǎn)。
例如在生物材料應(yīng)用上：近年來(lái)，因羥基磷灰石、磷酸鈣、磷酸三鈣等多孔陶瓷優(yōu)異的生物相容性，其在骨支架、整形外科、牙科等方面的應(yīng)用也得到了一定的研究推廣。骨支架的孔隙率、孔形狀、孔尺寸和孔的連通性是控制生物組織生長(zhǎng)和植入體/骨界面結(jié)合強(qiáng)度的重要參數(shù)，3D打印法為骨支架的制備提供了一種新穎簡(jiǎn)便的方法，采用該工藝不僅可以在無(wú)模情況下制備出形狀復(fù)雜的支架，而且還可以通過(guò)CAD圖像數(shù)據(jù)控制產(chǎn)品的孔尺寸、形狀及連通性。
但是，該方法目前仍處于探索研究階段，工藝參數(shù)還需要進(jìn)一步地完善。同時(shí)，目前的工藝尚無(wú)法通過(guò)3D打印直接制備出所需的多孔陶瓷成品，仍需結(jié)合反應(yīng)燒結(jié)等工藝才能獲得最終的實(shí)體材料。因此，該方法今后的發(fā)展方向應(yīng)該是：研究開(kāi)發(fā)采用3D打印法一步制備目標(biāo)多孔陶瓷的新工藝，使多孔陶瓷的制備技術(shù)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。