[发明专利]一种陶瓷型芯坯体的微喷射粘结成形方法

说明书

本发明公开了一种陶瓷型芯坯体的微喷射粘结成形方法，属于快速制造技术领域。包括步骤：(1)根据待成形的陶瓷型芯的外形尺寸，对其进行三维建模，采用切片软件对三维模型进行分层切片，得到分层切片的加工指令；(2)铺设陶瓷粉末基体材料；(3)采用喷头喷射纳米分散液，以粘结陶瓷粉末基体材料层使之形成当前层轮廓；(4)待当前层轮廓成形后，粉末床沿Z轴方向下移一个层厚高度；(5)依次重复步骤(2)至步骤(4)，直到初始陶瓷型芯坯体成形；(6)静置使步骤(5)获得的初始陶瓷型芯坯体干燥并固化，获得陶瓷型芯坯体。本发明方法解决了现有微喷射粘结成形中陶瓷坯体的强度低、烧结变形大、成形精度低的问题。

技术领域

本发明属于快速制造技术领域，更具体地，涉及一种陶瓷型芯坯体的微喷射粘结快速成形方法。

背景技术

在陶瓷型精密铸造中，对成形内腔狭窄、形状复杂的精铸件的需求在不断上升。当获得具有复杂内腔结构的陶瓷壳型时，涂料涂挂和撒砂等工艺难以实施，需借助陶瓷型芯来完成。陶瓷型芯通常可采用注浆、热压、注射、凝胶注模等工艺成形。而用于成形陶瓷型芯的芯盒加工难易程度受制于型芯的结构和形状，其加工效率低，成本较高。因此，陶瓷型芯实现无模化快速精密成形是当前铸造业的发展趋势。

快速成形技术是基于离散堆积成形原理，首先通过建模软件(如：Catia、SolidWorks、Pro/Engineer等)在计算机中绘制待成形件的三维模型，然后把模型转化为标准的STL格式文件。STL格式文件经切片软件按成形方向切片处理后得到一系列二维层面轮廓数据信息，再由层面数据信息生成数控加工指令，控制设备按照层面轮廓信息逐层选择性固化原材料并叠加成形，经适当的后处理工艺(去除多余材料、浸渍、烧结、等静压、打磨或抛光)处理后最终得到所需的三维实体。

目前，基于粉末材料的快速成形工艺主要有选择性激光烧结(SLS)和微喷射粘结技术(3DP)。这两种工艺都是采用分层制造思想，成形过程由计算机全程控制，无需专用夹具、工具和模具。它们与传统的加工成形工艺相比，具有设计制造一体化、成形过程高度柔性化和快速化、劳动强度低、材料利用率高、操作简便等优势。而3DP相比较SLS而言，它使用喷头喷射粘结剂代替激光器，具有设备投资小、运行成本低、环境适应性好等突出优点。因此，微喷射粘结成形技术更适用于陶瓷型芯的快速成形。

微喷射粘结快速成形工艺主要由两部分组成，即铺粉工艺和喷射工艺。首先，粉末床沿Z轴下降一个层厚，铺粉器将待成形的基体粉末材料铺设于粉末床表面，喷头在粉末层表面选择性喷射粘结剂，粘结剂喷射量体积与粉末层孔隙体积具有一定的百分比关系，喷射到粉末层中的粘结剂同时沿水平和垂直方向渗透并逐渐固化而使基体粉末粘结成形，如此逐层叠加而成形三维实体。

由于其工艺特性，现有的陶瓷制件微喷射粘结快速成形工艺存在如下几方面的问题：

(1)成形的陶瓷制件致密度低而使坯体强度偏低。

采用该工艺获得的制件强度主要由粘结剂包裹或粘结相邻粉末颗粒形成粘结桥而形成交联网络结构所提供。则制件强度与单个粘结桥强度和单位面积粘结桥数量有关。由于铺粉过程为无压铺粉，粉末层自身的致密度较低，单位面积的粘结桥数量较少，导致坯体强度偏低。为了提高制件强度而使制件在后续表面清理、搬运过程中不损坏，通常增加粘结剂喷射量而达到提高强度的目的。由于现有的粘结剂材料都是有机高分子粘结剂的水溶液或醇溶液，当粘结剂喷射量增加后，在粉末层中的横向和纵向渗透距离增大，又会使制件精度降低。

(2)成形的陶瓷制件致密度低导致烧结变形量和线收缩率偏大。