[发明专利]一种基于3D打印技术的纤维增强陶瓷基复合材料成形方法及装置

权利要求书

1.一种基于3D打印技术的纤维增强陶瓷基复合材料成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在计算机上设计3D模型并转换成分层路径文件导入3D打印机；

步骤二，制备假塑性陶瓷浆料，并供给到浆料入口B；陶瓷浆料的制备方法如下：

第一步，将质量比为24：1：7：(40～60)的丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、聚丙烯酸钠和光固化树脂混合后，加入树丁醇或乙二醇溶剂中，搅拌均匀，配制成浓度为40～60％的树脂基预混液；

第二步，按待打印的零件要求配制陶瓷粉料；

第三步，将四甲基乙二胺与去离子水混合搅拌均匀，配置成浓度为60～75％的催化剂；

第四步，将粉料加入到预混液中，并加入催化剂，充分搅拌、分散，制得粘度为1～5Pa.s的陶瓷浆料；

第五步，加入质量分数0～2％作为增稠剂的黄原胶，得到陶瓷浆料；

步骤三，制备引发剂；

步骤四，打开紫外光光源；

步骤五，连续增强纤维持续供给到主打印头；同时，陶瓷浆料通过浆料入口B供给到主打印头；压缩气体从A入口通入，提供均匀压强；连续增强纤维包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚芳酰胺纤维和智能纤维中一种或多种复合在一起的纤维束；

步骤六，当进行零件3D打印工作时，程序控制二维运动平台，带动打印头在工作台上按照当前层模型的截面数据运动；

步骤七，主打印头喷嘴处的陶瓷浆料包裹住连续纤维并在压缩气体的压力作用下从喷嘴出口被挤出；

步骤八，引发剂从引发剂喷头口喷射出，以雾状形态喷洒到打印出的陶瓷浆料上，陶瓷浆料在紫外光照射和引发剂的双重作用下凝固，由此打印出当前截面；

步骤九，当完成模型当前一层的截面后，升降装置将带着工作台一起下降一个分层厚度；

步骤十，重复步骤五至步骤九，直至零件完成；

步骤十一，将打印完成的零件置于紫外光下照射2～3h，使其完全固化；

步骤十二，对固化后的零件进行脱脂和高温烧结，即完成基于3D打印技术的纤维增强陶瓷基复合材料的成形。

2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的纤维增强陶瓷基复合材料成形方法，其特征在于，所述第二步中，陶瓷粉料采用2μm、5μm、40μm、100μm的陶瓷粉末根据零件性能所需，按不同比例混合而成。

3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的纤维增强陶瓷基复合材料成形方法，其特征在于，所述第二步中，陶瓷粉末采用氧化铝、氧化硅或碳化硅粉末，并加入质量分数1～5％的烧结助剂。

4.根据权利要求3所述的一种基于3D打印技术的纤维增强陶瓷基复合材料成形方法，其特征在于，所述烧结助剂采用氧化镁或氧化钇。

5.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的纤维增强陶瓷基复合材料成形方法，其特征在于，所述步骤三中，引发剂的制备方法如下，将过硫酸铵与去离子水混合搅拌均匀，配置成浓度为65～80％的引发剂。

6.根据权利要求3所述的一种基于3D打印技术的纤维增强陶瓷基复合材料成形方法，其特征在于，所述步骤十二中，氧化铝和氧化硅陶瓷采用常压或热压烧结，碳化硅陶瓷采用反应烧结、渗碳处理或进行化学气相渗透处理。

7.一种实施权利要求1所述的基于3D打印技术的纤维增强陶瓷基复合材料成形方法的装置，其特征在于，包括置于工作台(8)上的零件支撑(7)，零件支撑(7)上放置有打印样件(1)，打印样件(1)上方并排设置有引发剂喷头(2)和紫外光发射头(6)，引发剂喷头(2)和紫外光发射头(6)间设置有纤维/陶瓷浆料喷头(3)和假塑性陶瓷浆料(4)，连续增强纤维(5)通过纤维/陶瓷浆料喷头(3)和假塑性陶瓷浆料(4)间供给打印样件(1)。

8.根据权利要求7所述的一种实施基于3D打印技术的纤维增强陶瓷基复合材料成形方法的装置，其特征在于，所述紫外光发射头(6)连接紫外光光源(9)。