[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

说明书

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。采用3D打印技术、纤维增强复合材料技术实现了陶瓷浆料的3D打印及成形。首先在打印开始前，配制好含催化剂、树脂、单体、交联剂的陶瓷浆料和一定浓度的引发剂，分别供给到主、副两个打印头中，并打开紫外光源。打印时，主、副打印头按截面数据运动，陶瓷浆料和增强纤维从主打印头挤出，同时，引发剂从副打印头喷出，覆盖到陶瓷浆料表面，陶瓷浆料在紫外光照射和引发剂的双重作用下凝固成形，由此完成打印，得到陶瓷坯体，再经过脱脂、烧结得到陶瓷零件。使用该方法可以得到具有良好韧性、高强度、高精度的陶瓷基复合材料零件，可实现具有复杂结构的纤维增强陶瓷基复合材料零件的快速制造。

技术领域

本发明属于3D打印技术和陶瓷烧结技术领域，具体涉及一种基于3D打印技术的纤维增强陶瓷基复合材料成形方法及装置。

背景技术

3D打印技术是20世纪80年代后期发展起来的一项先进制造技术，可以直接根据产品设计数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型，大大缩短产品加工周期，降低了研制的成本，对促进企业产品创新、提高产品竞争力有积极的推动作用。现代陶瓷由于其优越的光、电、热、磁、力学性能以及耐高温、抗腐蚀、耐辐射、高强度、高模量、高硬度、密度小、热膨胀系数小等特性而得到广泛应用。目前，陶瓷材料的直接成型已经成为快速成型技术的研究热点和重要发展方向之一。

现有制备纤维增强陶瓷基复合材料的方法有化学气相沉积法、先驱体转化法、熔融金属直接氧化法。但上述方法只能制成二维零件或是必须制造纤维预制体。纤维坯体的制备往往比较困难。目前较为先进的树脂基长纤维增强复合材料零件制造的方式多采用复合材料纤维铺放技术，即按零件结构所确定的铺层方向和铺层厚度要求，采用多自由度的铺放头将多组纤维预浸纱束或窄带自动铺放在模具表面。所以，采用纤维预制体进行纤维增强陶瓷复合材料的制造工艺存在纤维敷设困难、成形方法单一、不能精确成形，且需要预先处理完成的纤维预浸料以及模具成本极高的等问题，无法实现复杂结构陶瓷复合材料零件的制备。

在已有的技术中，连续纤维增强复合材料3D打印技术可以很好的弥补上述不足，该方法将增强纤维和加热熔融的热塑性树脂混合成的复合丝材打印成形，打印过程可以精确地控制增强纤维在复合材料零件中纤维的取向，能够实现具有特定机械、电和热性能的具有复杂结构复合材料零件的快速制造，且无需预先定制模具以及预先处理过的纤维预浸带，从而大大地减少了制造成本和生产周期。但目前该方法主要以普通热塑性树脂为原材料进行打印，未考虑采用陶瓷浆料进行打印从而直接制成陶瓷坯体零件的制造方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于3D打印技术的纤维增强陶瓷基复合材料成形方法及装置，可以得到具有良好的韧性、高强度的纤维增强陶瓷零件，且不需要设计、制造模具，从而大大地减少了成本和制造时间。

为了达到上述目的，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，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；

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；

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；