[发明专利]一种多喷头协同控制陶瓷粉末3D成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印方法和工艺，尤其涉及一种多喷头协同控制陶瓷粉末3D(3DP)成型方法。

背景技术

3D打印技术从20世纪80年代出现开始，经过近30年的发展，技术越来越成熟，应用也越来越广泛，越来越多的被用于模具制造、工业设计，生物医疗和航空航天等领域。3D打印工艺主要有LOM，3DP，SLA，FDM，SLS，SLM，EBM等；材料方面，应用较多的主要是高分子材料和金属材料。高分子材料的主要有丝材、粉体和液态的光敏材料等，而在工业上应用更广的是粉体材料，特别是基于热成型的高能束3D打印，比如SLS采用激光束来烧结蜡、聚碳酸酯、尼龙、金属等粉末。相比丝材，粉体材料具有打印效率更高，工艺更成熟，应用更广泛的特点。近年来，更是出现了对陶瓷粉末的快速成型研究。使用快速成型的方法对陶瓷粉末进行成型，能成型许多传统方法无法成型的形状复杂、精度要求较高的陶瓷件，在各个行业均有着很大的潜力。

目前已有的陶瓷粉末成型方法主要有注射成型、压制成型、激光烧结成型与光固化成型等。其中注射成型的可控固化是技术难点；压制成型的缺点则在于密度分布的不均匀性和致密性低；激光烧结成型对于每一层的烧结要求较高，需要昂贵的高能束发生装置，且工艺复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种多喷头协同控制陶瓷粉末3D成型方法。采用3D打印成型与烧结结合工艺，得到致密而力学性能良好的陶瓷件，克服了现有工艺加工的零件强度较低，只能做概念模型，而不能做功能性零件的技术问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种多喷头协同控制陶瓷粉末3D成型方法，包括如下步骤：

步骤一：陶瓷粉末的配制步骤

陶瓷粉末经过预制，筛选出粒径为20－50μm的陶瓷粉末颗粒，再按照比例混入粘结剂固体粉末，放入成型腔室中的成型缸内；

步骤二：零件坯体3D打印步骤

通过3D打印机的两个喷头喷射粘结剂，将成型室内配制好的陶瓷粉末逐层粘结叠加成型，获得所需陶瓷零件坯体；

步骤三：浸渍、预烧结、脱脂和再烧结步骤

将步骤二获得的陶瓷零件坯体进行先进行浸渍处理；

然后再对浸渍处理的陶瓷零件坯体进行预烧结，预烧结将温度从室温2h升到200℃并保温1h，接着2h再升温到400℃，最后由1h升温到450℃并保温2h；预烧结的过程中同时也完成脱脂，即去除了陶瓷零件坯体内部的粘结剂；然后再经过二次烧结，二次烧结由5h升到800℃～1000℃；

由于经过二次烧结处理后的陶瓷零件中仍存在残留空隙、气孔，因此再通过高温烧结，高温烧结经3小时升温到900℃保温1h；再经过2h升温到1200℃保温2h；再经过1h升温到1400℃保温10h，待冷却到室温时出炉，以逐渐去除陶瓷零件内残留的空隙、气孔，使得陶瓷零件由疏松变得致密，直至达到所需致密度与强度的陶瓷零件。

上述步骤一所述混入粘结剂固体粉末的比例为10％～15％。

上述步骤一所述粘结剂固体粉末为无机粘结剂、有机粘结剂或者金属粘结剂；步骤二所述粘结剂成分与粘结剂固体粉末相同。

上述步骤一所述零件坯体3D打印步骤具体如下：

步骤A：完成一次铺粉后，控制3D打印机的两个喷头按照规定的路径将粘结剂喷射在陶瓷粉层表面，使陶瓷粉末发生固化，以形成一层固化陶瓷粉层；接着，成型缸上升该固化陶瓷粉层四分之一层厚后，铺粉辊从右向左运动，以对固化陶瓷粉层表面进行平整、压实处理；

步骤B：铺粉辊7在对步骤A所述固化陶瓷粉层表面进行平整、压实处理的过程中，该固化陶瓷粉层表面脱落层的陶瓷粉末及粘结剂的混合物进入废料收集盒；

步骤C：接着，成型缸下降步骤B所述固化陶瓷粉层的四分之一层厚后，铺粉辊从左向右运动，在此过程中，装有陶瓷粉末的料斗同步进行送粉，铺粉辊一边做水平铺粉运动，一边绕自身轴线转动，将陶瓷粉末平铺在该固化陶瓷粉层的表面，并压实，此过程中，多余的陶瓷粉末则进入粉末回收盒；

步骤D：重复步骤A至步骤C，直至3D打印机加工结束，并形成粘结成型的陶瓷零件毛坯。

上述步骤二所述逐层粘结叠加成型，具体过程是：

其中一个喷头先对陶瓷零件在该层的外轮廓进行喷涂粘结；

再对陶瓷零件在该层的内轮廓进行喷涂粘结；

最后由另一个喷头对该层的外轮廓与内轮廓之间区域的粉末进行粘结填充。