[发明专利]一种基于热固粘接的陶瓷增材制造方法及设备

权利要求书

1.一种基于热固粘接的陶瓷增材制造方法，包括下列步骤：

(1)将需要打印的陶瓷零件模型进行分层，确定每层需要粘结的区域，并生成打印机控制程序；

(2)将环氧树脂单体和陶瓷粉末混合均匀，形成流动性较好的浆体，作为A组分浆体，环氧树脂单体和陶瓷粉末的用量比例，在满足流动性的前提下，A组分浆体中的陶瓷粉末比例应尽量高，以实现最终陶瓷成品的高致密性和低收缩率；

(3)在工作托盘上铺放一层A组分浆体；

(4)使用喷头将环氧树脂的硬化剂作为B组分，根据程序喷在该层需要粘结的区域；

(5)使用加热装置加热该层陶瓷粉末，在需要粘接的区域，使B组分与A组分中的环氧树脂单体发生热固化交联聚合反应，将该区域陶瓷粉末粘结；在不需要粘接的区域，由于没有喷射B组分，单独受热的A组分并不会发生固化反应，仍保持浆体状态；

(6)逐层打印，直到形成完整的陶瓷生坯；

(7)将陶瓷生坯清洗干净，去除其上附着的未固化的A组分浆体；

(8)将清洗干净后的陶瓷生坯放入高温烧结炉中高温煅烧，一方面去除陶瓷生坯内含的树脂粘接剂成分，另一方面使陶瓷生坯中的陶瓷粉末发生固相反应，形成致密的陶瓷零件成品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，陶瓷粉末的材质为氧化铁、氧化锌、氧化锰、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镁、氧化钇、氮化硅、碳化硅或其他能够通过高温固相反应烧结形成陶瓷的金属氧化物、氮化物、碳化物或盐，以及它们的组合，或者经过表面改性的上述粉末，或者为提高材料性能加入其他粉末、纤维、晶须状添加剂的混合粉末。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，环氧树脂单体是指可以通过环氧基官能团实现加热交联固化的单体分子材料，选用双酚A型环氧树脂、双酚F缩水甘油醚(BFDGE)、三环氧苯基对氨基苯酚(TGAP)或四环氧苯基二氨基二苯甲烷(TGDDM)有机物单体，或上述几种的组合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，硬化剂是指可以与环氧树脂单体分子的环氧基官能团反应从而实现交联固化的化学试剂，选用二乙基甲苯二胺(DETDA)，环氧树脂单体与硬化剂的混合物，在高温加热作用下产生交联反应，形成大分子的树脂固体，从而实现对陶瓷粉末的粘结。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用基于压电陶瓷原理的工业喷墨打印机喷头来进行B组分的喷射，通过控制B组分温度、喷射压力和单次喷射时间，控制单次喷射B组分的喷出液滴大小，进而控制打印的精度和速度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热装置将热固性树脂粘接剂加热并保持在180℃-200℃之间，以使热固性树脂发生成分地交联反应。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高温煅烧过程，先将陶瓷生坯加热至120℃-150℃，并保温2-5小时，以去除其中含有的水分；之后，在去除粘接剂的时候煅烧温度为400℃-600℃，保温4-6小时，环境为空气或含氧氛围；在烧结陶瓷粉末使之发生固相反应的时候，煅烧温度、时间和气体环境需要参考所烧结的陶瓷成分的相关要求。

8.一种陶瓷粉末粘结打印机，包括：机架、承载有作为原料的进料托盘、工作托盘、铺料刮板、喷头和加热装置，进料托盘能够向上移动，工作托盘能够向下移动，铺料刮板用于将高于机架的原料赶至工作托盘处，使其在工作托盘上形成一层均匀的待打印材料层，加热装置用于加热工作托盘及其承载的待打印材料层，使其温度高于热固性树脂的固化温度。其特征在于，

所述的原料为A组分浆体，所述的打印机还包括进气管、用于容纳B组分的储料针筒、活塞、气泵、加热线圈，加热线圈用以使B组分保持在合适的打印温度下，在气泵的作用下，压缩气体间断地通过进气管通入储料针筒内，每次通入时，将压力作用在活塞上。在压力的作用下，活塞向下运动一小段距离，挤压B组分从喷头中喷出一部分。