传统的工程陶瓷制造中,一般都需借助特定的模具才能制备出具有复杂形状的陶瓷部件,存在模具加工成本高或开发周期长等限制。3D打印技术在快速、低成本制备制造复杂形状陶瓷部件领域有广阔的应用前景。本文借鉴陶瓷注射成型技术,搭建了基于螺杆挤出的熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)陶瓷3D打印平台,适用于高固含量的颗粒状陶瓷耗材的3D打印,研究了其在氧化锆陶瓷制备中的应用。论文的研究内容和主要结论如下:(1)在传统FDM设备的基础上,对陶瓷3D打印机整体结构进行创新设计与优化。对设备各模块中的关键部件进行选型和设计,确定机身结构、传动方式和控制方式等。重点设计了一种能够直接采用颗粒耗材完成打印的新型螺杆挤出机构,可以实现颗粒耗材从输运到熔融挤出喷嘴的功能,该机构结构简单、体积小、密封性好且材料输送率可控。(2)根据注塑机螺杆设计经验,对挤出螺杆的尺寸参数进行初步设计,通过设计正交实验,使用Polyflow软件对影响挤出效果的螺杆关键参数进行模拟优化。对优化后螺杆计量段熔体的压力场、速度场和剪切速率进行模拟分析,指导挤出系统优化设计。同时,运用数值模拟与实验结合的方法,研究了关键工艺参数对螺杆挤出过程的影响,结果表明,挤出温度对挤出流率影响较小,螺杆转速与挤出流率正相关。(3)优化了粘结剂体系的组成,制备了固含量大于80 wt%的氧化锆陶瓷3D打印耗材。确定了氧化锆陶瓷坯体3D打印的工艺窗口(料筒温度190℃、螺杆转速15 r/min、喷嘴直径0.6 mm和打印层厚0.15 mm),获得稳定可控的挤出流量和高质量挤出丝材,此参数下打印的氧化锆陶瓷样品层间结合效果好,微观结构均匀,氧化锆样品的密度和强度接近干压或注塑成型的水平。成功制备了具有复杂几何形状和可控尺寸精度的氧化锆陶瓷零件。