提到陶瓷3D打印，有人会想到光固化的精密细腻，有人会提及激光烧结的高性能，但还有一种工艺，既兼顾了操作便捷性，又能实现复杂结构的高效成型，它就是直写成型（Direct Ink Writing，简称DIW）。不同于光固化的“光固化成型”、激光烧结的“高温烧结成型”，DIW更像是我们用挤花袋挤奶油作画——通过精准控制油墨的挤出与堆叠，让陶瓷材料“听话”地逐层成型，既适合实验室研发，也能适配工业量产，成为陶瓷3D打印中最具性价比和实用性的工艺之一。今天，我们就聚焦DIW直写成型，解锁它的核心原理、油墨制备、流变特性及应用场景，读懂这项“挤出来的陶瓷智造”技术。
图1直写成型多孔陶瓷碳化硅
首先要明确，DIW直写成型的核心逻辑十分简洁，本质上是“油墨挤出+逐层堆叠”的增材制造过程，与我们之前了解的陶瓷3D打印“做坯+成瓷”的核心逻辑一致，但更侧重“油墨的可控性”。简单来说，就是先在电脑上设计好陶瓷制品的三维模型，将模型拆分成分层切片，随后打印机的喷头会像挤奶油一样，将特制的陶瓷油墨匀速挤出，油墨挤出后迅速定型，喷头按照预设路径移动，逐层叠加，最终形成陶瓷坯体，再经过脱脂、烧结等后处理步骤，得到质地坚硬、结构完整的陶瓷成品。
与光固化（SLA）、激光烧结（SLS）等工艺相比，DIW直写成型最大的优势的是“门槛低、兼容性强”——无需昂贵的紫外光设备或激光设备，设备结构简单、操作便捷，且对陶瓷粉体的纯度要求相对宽松，既能处理高纯度精密粉体，也能适配普通工业级粉体，同时还能实现大尺寸、复杂结构（如中空、镂空、高纵横比）的快速成型，兼顾精度与效率，这也是它能广泛应用于多个领域的核心原因。而DIW工艺的关键，恰恰是“陶瓷油墨”的制备及其流变行为的把控——油墨的性能直接决定了能否顺利挤出、能否稳定成型，甚至决定了最终陶瓷成品的质量。
对于DIW直写成型而言，油墨的“听话程度”至关重要，这就要求油墨必须具备特定的流变行为，既要能顺利通过细小的喷嘴挤出，又要能在挤出后快速定型，避免坍塌。具体来说，DIW油墨需要满足两个核心要求：一方面，油墨必须顺利通过细小喷嘴挤出而不堵塞，形成连续、均匀的细丝；另一方面，挤出后的细丝必须能够保持喷嘴的形状，准确再现打印路径和支撑层堆叠，实现自支撑，避免3D打印结构崩溃。换句话说，油墨在挤出过程中要表现得像流体一样顺滑，一旦停止施加压力、处于静止状态，就会迅速表现出弹性行为，完成“流体→固体”的快速转变。
从流变学的专业角度来看，DIW油墨必须满足三个核心条件，才能实现稳定、精准的打印，这也是判断油墨是否适配DIW工艺的关键标准。
图2（a）直写成型技术原理图及陶瓷胶体的逐层沉积过程，（b） 陶瓷颗粒间相互作用和作用力示意图，（c） 陶瓷直写成型所需的流变行为
第一，油墨需符合Herschel-Bulkley流体模型，且在变流速下表现出剪切稀化行为。剪切稀化是一种非牛顿流体现象，简单来说，就是油墨的粘度会随着剪切速率的增加而降低——当打印机施加压力、推动油墨通过喷嘴时，剪切速率增大，油墨粘度降低，变得顺滑易挤出，即使在较低的挤压压力下，也能顺利通过细小喷嘴，确保挤出的连续性；而当油墨挤出后，剪切速率降低，粘度恢复，为后续定型打下基础。
第二，油墨需表现出良好可控的粘弹性响应。这是油墨实现“挤出即定型”的关键，一旦油墨从打印头排出，必须迅速从剪切变薄的流体，转变为类似固体的状态，保持自身形状，避免出现下垂、坍塌。衡量油墨形状保持能力的重要指标，是损耗模量（G"）与存储模量（G'），为了避免堆叠的细丝在自身重量下下垂、跨越部分弯曲，油墨需要具备相对较高的存储模量（G'）和屈服应力（τy），其中屈服应力（即G'与G"的交叉点）需大于200 Pa，这样才能制备出具有自支撑能力和高纵横比的陶瓷结构，比如细长的中空管、复杂的镂空支架等。
第三，油墨中不能有会堵塞打印喷嘴的颗粒结块。DIW打印机的喷嘴通常比较细小，一旦油墨中存在未分散的颗粒结块，就会堵塞喷嘴，导致打印中断，甚至损坏设备。同时，油墨的可打印性和形状保真度，完全依赖于存储模量（G'）和屈服应力（τy）的稳定性，因此，确保油墨均匀分散、无结块，是DIW工艺顺利完成的基础前提。
凭借操作便捷、成本较低、兼容性强的优势，DIW直写成型已广泛应用于多个领域，从实验室研发到工业量产，从高端制造到民用场景，都能看到它的身影，尤其在需要复杂结构、个性化定制的领域，表现尤为突出。总的来说，DIW直写成型虽然没有光固化的精密，也没有激光烧结的高性能，但它以“简单、高效、低成本”的优势，成为陶瓷3D打印技术中最具普及潜力的工艺。而这一切的实现，都离不开陶瓷油墨的精准制备和流变行为的严格把控——油墨就像是DIW工艺的“血液”，只有让“血液”具备合适的“流动性”和“定型能力”，才能让陶瓷3D打印真正实现“随心所欲”，让陶瓷材料在更多领域发挥价值。随着技术的不断迭代，DIW直写成型的精度和性能还在不断提升，未来，它必将在陶瓷制造领域绽放更耀眼的光芒。
图3 直写成型陶瓷零部件
