现代熔模精密铸造是航空航天、汽车等高端精密铸件的主要成形方法,但其工艺过程复杂、周期长、成本高,不仅需要精密模具压制蜡模,还需要在蜡模表面多次浸涂陶瓷涂层,经多次干燥、脱蜡、焙烧后,形成多层陶瓷型壳,最后方能进行液态金属浇注。近年来,快速发展的增材制造技术为快速简便制备精密铸造用陶瓷壳型提供了可能及新的解决方案。本文采用自主研制构建的双头分层挤出成形装置,系统地研究了易溃散陶瓷型芯及其悬空结构所需支撑材料与性能,建立了陶瓷型壳表面精度的理论模型并提出了精度优化方案,为直接整体制备成形精密铸造用陶瓷型/芯奠定了材料与工艺基础,有望改变传统精密铸造工艺流程,具有重要的理论与实际意义。（1）研制构建了双头分层挤出成形装置及其协同控制系统,主要包括设备的机械运动机构、浆料驱动挤出机构和软件控制系统。为了减小基板往复运动对成形坯体精度的影响,设置挤出头在X-Y平面运动、基板沿Z轴向运动,并且两个挤出头可在X、Y、Z向进行微调,以确保其定位精度;采用气动柱塞式驱动机构用于浆料挤出,这种装置操作简单、成本较低、维护清洗方便;构建了浆料在针头中的流动模型,选择圆锥形针头用于浆料挤出,浆料稳定挤出的过程中,圆锥形针头所需的挤出力更小;软件控制系统采用Marlin固件,通过修改主要参数（波特率、控制板类型、挤出机喷嘴个数、挤出成形机各轴的运动行程所需要的脉冲数等）,实现双头协同挤出成形。（2）研究了分层挤出成形氧化钙基陶瓷型芯材料体系,分析了硅溶胶、氧化硅粉对氧化钙基陶瓷型芯性能的影响,探讨了氧化钙基陶瓷型芯性能改善机理。以碳酸钙为基体材料、硅溶胶和聚乙二醇为复合粘结剂、辛醇为消泡剂制备陶瓷浆料,采用分层挤出成形工艺制备陶瓷型芯坯体、分步烧结陶瓷化工艺制成氧化钙基陶瓷型芯。硅溶胶的加入可提高分层挤出成形陶瓷型芯坯体干燥后的弯曲强度,当硅溶胶占复合粘结剂质量30 wt.%时,陶瓷浆料具有较好的分层挤出成形性,成形的陶瓷型芯坯体干燥后具有良好性能,弯曲强度4.2 MPa、干燥收缩率仅为0.3%;在陶瓷浆料中加入氧化硅粉后,当氧化钙与氧化硅的摩尔比为2.45、烧结温度1200℃、保温120 min时,氧化钙基陶瓷型芯的综合性能较好,型芯试样在水中可快速溃散;通过试样微观形貌及热力学分析,氧化硅的加入促进了Ca2SiO4的生成、降低了型芯吸湿性、收缩率、弯曲强度,提高了型芯试样的气孔率。（3）研究了两种可用于成形悬空结构的支撑材料及性能,一种为淀粉基支撑材料,另一种为盐基支撑材料,采用双头挤出成形装置制成了悬空结构的陶瓷。以淀粉为主体材料、聚乙烯吡咯烷酮的无水乙醇溶液为粘结剂,制备了一种固含量为73.3 wt.%的淀粉基浆料,分层挤出成形的淀粉基试样干燥后尺寸偏差率为1.1%、弯曲强度达11 MPa以上,淀粉基支撑可在陶瓷试样烧结过程中去除;以一水硫酸镁为主体材料,聚乙烯吡咯烷酮的无水乙醇溶液为粘结剂,制备了固含量为60 wt.%的盐基浆料,分层挤出成形的盐基试样干燥后的弯曲强度为9.94 MPa,盐基支撑可在水或酸中溶解去除。采用研发的淀粉基和盐基支撑材料都可较好地成形出悬空结构陶瓷试样。（4）研究了针头直径、成形层高和成形倾斜角度对陶瓷型壳表面精度的影响,构建了陶瓷型壳表面精度的理论模型,制备出了内外层精度不同的双层陶瓷型壳。以氧化铝粉末为主体材料、PVP为粘结剂,制成了固含量为84 wt.%的氧化铝基陶瓷浆料,分层挤出成形的陶瓷型壳坯体经1500℃烧结120 min后,陶瓷型壳的弯曲强度40.5 MPa、线收缩率仅为2.29%;成形针头的直径越小、层高越小、倾角越大,陶瓷型壳试样的表面粗糙度越小,建立了陶瓷型壳试样表面最大高度差与成形层高和成形倾角的数学模型;铝合金实际浇注试验表明,制成的复杂陶瓷型壳可满足金属浇注要求;双头挤出制备双层陶瓷型壳,内层与外层的层高分别设置为0.2 mm和0.4 mm,在保证内壳精度的同时提高了陶瓷型壳的制备效率。