供稿人：武向权，连芩 发布日期：2017-03-27
美国南加州大学生物医学工程学院和Daniel J.Epstein工业系统工程学院合作开发了钛酸钡（BaTiO3）压电陶瓷超声换能器元件。
陶瓷的硬脆特点，难以通过传统加工技术制造形状复杂的结构件，而增材制造却为其开辟了新的途径。压电陶瓷是一种可以将应力转换成电荷的材料，可以用于制造超声成像设备中的关键部件超声换能器。美国南加州大学和Daniel J.Epstein工业系统工程学院的研究人员，利用光固化成形原理制造出钛酸钡陶瓷换能器。他们首先对颗粒直径为100nm 钛酸钡陶瓷进行表面处理（经过表面处理后，陶瓷颗粒更易与树脂均匀混合），然后将颗粒与光固化树脂混合均匀制备成陶瓷浆料。利用面曝光光固化原型（MIP-SL）设备，以图1所示的加工过程，逐层加工出钛酸钡陶瓷换能器元件素坯。
图1 钛酸钡陶瓷换能器元件素坯的面曝光光固化原型加工过程
（a）MIP-SL系统结构示意图；（b）投影机投出的掩膜图形；
（c）换能器三维模型；（d）控制软件界面；（e）制造出的换能器元件
对制造完成后的素坯再进行脱脂和烧结处理后，获得最终的零件。脱脂处理将陶瓷素坯中的有机物去除，烧结处理将使陶瓷素坯致密化。研究人员将素坯首先放在氩气保护气氛中，600摄氏度下维持3小时进行脱脂处理。之后，将脱脂件放入普通马弗炉，1330摄氏度维持4-6小时进行烧结处理。烧结过程中，陶瓷件内部颗粒粘接、晶体尺寸增加、孔隙减小。最终获得的陶瓷超声换能器元件，其致密度为93.7%，密度为5.64g/cm3。研究人员利用该打印超声换能器，以6.28 MHz超声扫描，获得了猪眼的超声结构图像，如图2所示。
图2 通过打印的换能器对猪眼进行6.28-MHz超声扫描
图3 超声扫描图片