[发明专利]一种光固化3D打印螺线型陶瓷弹簧的制备方法

权利要求书

1.一种光固化3D打印螺线型陶瓷弹簧的制备方法，该方法是通过下述工艺步骤实现的：

(1)陶瓷粉体表面改性：将纳米级或亚微米级的陶瓷粉体、有机溶剂、表面改性剂加入到超细研磨机中进行超细研磨、分散2～3小时，取出陶瓷料浆于60～80℃的烘箱中干燥8～12小时，对干燥后的粉体进行研磨处理后备用；

(2)光敏陶瓷料浆的制备：将表面改性后的陶瓷粉体、光敏树脂、稀释剂加入到球磨罐中进行行星式球磨混合配制料浆，对料浆进行过滤、真空搅拌脱泡处理后备用；

(3)三维数字化模型的设计与切片处理：通过UG、Solidworks三维设计软件设计出陶瓷弹簧及其支撑体的数字化模型，然后通过Magics软件对数字化模型进行切片处理，将切片处理后的数字化模型转换成STL格式输出备用；

(4)陶瓷弹簧坯体的制备：将配制好的光敏陶瓷浆料倒入光固化3D陶瓷打印机的料槽中，将切片处理后的数字化模型导入到执行软件中开始打印，调整优化工艺参数，打印制备出陶瓷弹簧及其支撑体的组合式坯体；

(5)陶瓷弹簧坯体的后处理：将陶瓷弹簧及其支撑体的组合式坯体进行超声清洗去除表面粘附的浆料，然后进行紫外固化3～5分钟提高坯体力学强度，将组合式坯体上的弹簧坯体与支撑体坯体通过旋转的方式进行分离、打磨、并涂刷一层氧化铝粉体，然后，将弹簧坯体与支撑体坯体通过旋转的方式重新组合备用；

(6)排胶：将重新组合的坯体放置在承烧板上并放入到电阻丝炉中，在空气或真空气氛下将有机树脂充分排除坯体，然后自然降温到常温备用；

(7)烧结：将排胶后的坯体转移到高温烧结炉中进行烧结，冷却后得到烧结致密化的陶瓷弹簧制品；

(8)陶瓷弹簧的表面抛光：以旋转或破坏支撑体的方式将陶瓷弹簧与支持体之间进行分离，将分离后的陶瓷弹簧放入到装有抛光液的球磨罐中，进行辊杠研磨、抛光，从而制备出形状完好、表面光滑的陶瓷弹簧成品。

2.如权利要求1所述的光固化3D打印螺线型陶瓷弹簧的制备方法，其特征在于：所述的纳米级或亚微米级陶瓷粉体包括Al₂O₃粉体、Y₂O₃稳定的ZrO₂粉体、ZrO₂增韧Al₂O₃的复合粉体(ZTA)、氮化硅粉体、碳化硅粉体，粉体颗粒平均粒径D₅₀为50～500nm；所述的有机溶剂为无水乙醇、甲苯、甲基乙基酮、甲醇、正丙醇、丁醇中的一种或两种以上组合；所述的表面改性剂为三油酸甘油酯、单油酸甘油酯、蓖麻油、曲拉通、戊二酸、辛二酸、葵二酸、辛烷中的一种或两种以上组合；所述的陶瓷粉体、有机溶剂、表面改性剂的质量百分比为30.00～50.00wt％︰40.00～69.05wt％︰0.05～0.30wt％。

3.如权利要求1所述的光固化3D打印螺线型陶瓷弹簧的制备方法，其特征在于：所述的超细研磨机采用直径为Φ0.6～0.8mm的ZrO₂球作为研磨介质、ZrO₂内衬作为研磨腔体，研磨转速为3000～3600转/分钟。

4.如权利要求1所述的光固化3D打印螺线型陶瓷弹簧的制备方法，其特征在于：所述光敏树脂具体为：双(2，3-环氧环戊基)醚、己二酸双(3，4-环氧环己基甲酯)等阳离子型，双官能度环氧丙烯酸脂-己二酸双(3，4-环氧环己基甲酯)、四官能度环氧丙烯酸酯-双(2，3-环氧环戊基)醚等混杂型成品光敏树脂中的一种或两种以上组合；所述稀释剂为：三乙烯基乙二醇二乙烯基醚、N-乙烯基己内酰胺、乙烯基吡咯烷酮等阳离子型，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯等自由基型稀释剂中的一种或两种以上组合,浆料配比为30～50vol％陶瓷粉体︰20～40vol％光敏树脂︰10～30vol％稀释剂。

5.如权利要求1所述的光固化3D打印螺线型陶瓷弹簧的制备方法，其特征在于：所述浆料配置过程中，行星式混合球磨的时间为6～12小时，转速为250～400转/分钟，采用120～300目的尼龙网对浆料进行过滤，对过滤后的浆料进行真空搅拌脱泡处理，真空度为-0.1MPa，搅拌速度为10～20转/分钟，处理时间为0.5～1.0小时。