供稿人:鲁阳 李涤尘 发布日期：2018-05-18
过去30年内，在汽车尾气排放系统中引入催化剂的技术有效的降低了汽车尾气对空气环境的污染，现在最常见的催化剂载体为宏观蜂窝结构，相应的排气流近乎为层流状，催化效率较低。相关研究表明，多孔材料制成的具有周期性复杂曲折流道结构的的催化剂载体可以提高单位体积内催化剂的催化效率，陶瓷材料可以实现多孔的要求，但传统的制造技术难以实现复杂结构催化剂载体的制造。而增材制造技术可以实现复杂结构件的制造。
瑞士南方应用科技大学的Oscar Santoliquido等人对陶瓷浆料光固化3D打印技术在汽车尾气催化剂载体制造中的应用进行了系统的研究（光固化3D打印工作原理如图1所示），探究了陶瓷浆料配方、CAD设计、打印方向及素坯的后处理方式对结构件机械性能的影响。
图1 光固化3D打印工作原理示意图
该研究对陶瓷浆料的粘度、沉降行为、及粉末尺寸等参数进行了优化，并选择了可以使陶瓷颗粒更均匀分布的分散剂，研究发现树脂在整个厚度上固化的均匀程度可以影响打印素坯的烧结性能。光固化打印出的树脂陶瓷浆料素坯SEM微观形貌如图2所示。
图2 光固化3D打印陶瓷素坯SEM形貌
该项技术通过选用合适的陶瓷浆料粘结剂种类、粒度大小及颗粒表面积，使打印后的素坯获得了良好的烧结性能，再配合优化后的热处理方式，使最终结构件拥有了良好的多孔结构及机械性能。另外，打印出的阶梯效应可以增加涂层的附着效果。打印出样件如图3所示。
图3 打印出的催化剂载体样件
据作者所知，这是汽车领域首次采用该种结构，使用光固化3D打印技术可使该结构零件的设计及生产更加高效，且打印出的构件在某个取向具有较佳的抗压强度。该研究在降低汽车尾气排放对空气的污染方面具有重要意义。