[发明专利]一种基于光固化技术的叠层式陶瓷基复合材料3D打印成型装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于光固化技术的叠层式陶瓷基复合材料3D打印成型装置和方法，3D打印成型装置包括曝光装置、送料装置、成型台、浆料供给装置、浆料回收装置和控制装置；曝光装置固定在基座上，曝光装置上方固定有送料装置，送料装置上方固定有成型台；成型台两侧固定浆料供给装置以及浆料回收装置。本发明采用多料仓供料以及薄膜传送带输送浆料的方式保证粘稠的陶瓷光固化浆料的均匀铺设，能够实现不同陶瓷光固化材料的多层连续打印；浆料供给装置能够灵活控制打印过程中陶瓷光固化浆料的供给流量，保证浆料重涂覆的稳定性；浆料回收装置能够将不同种类浆料分类回收再利用，提高材料的利用率。

技术领域

本发明属于叠层式陶瓷基复合材料3D打印成型技术领域，具体涉及一种基于光固化技术的叠层式陶瓷基复合材料3D打印成型装置和方法。

背景技术

叠层式陶瓷基复合材料包括层状复合材料和梯度陶瓷基复合材料，由于可按设计需求灵活选择各层材料，提高了陶瓷基复合材料的强度与韧性的同时增加了其对复杂环境的适应能力。W.J.Clegg提出了基于高度有序的“实体”结构的层状陶瓷的概念，并于1990年在《Nature》上发表了关于SiC/C层状复合材料的报道，其断裂韧性可以达到15MPa·m^1/2，断裂功更可高达4625J/m²，是常规SiC陶瓷材料的几十倍。此后，国内外研究者对ZrO₂体系、Si₃N₄体系、Si₃N₄/BN体系等的层状陶瓷进行了研究，均获得了相比常规材料数倍乃至数十倍的强度与断裂韧性。传统的叠层式陶瓷基复合材料的制备方法包括：电泳沉积、生物矿化、层层自组装等，由于加工方法的限制，这些方法制备的层状陶瓷基复合材料大多仅限于制备一定厚度(一般不超过200μm)的薄膜或者微米尺寸的样品，不适于制备大尺度的工程结构材料，并且难以获得复杂的几何形状，增材制造技术的出现有望改变这种局面。

在诸多增材制造技术中，Digital Light Processing(DLP)技术因为其成形精度高，成形效率快而被广泛应用于陶瓷材料的增材制造。维也纳科技大学Ruth Felzmann等人开发了基于DLP技术的陶瓷3D打印装置，制备了超精细、致密度99％氧化铝陶瓷，但该装置由于供料系统单一，无法实现层状陶瓷材料的3D打印；哈尔滨工业大学邓兴泓等人提出了一种基于DLP技术的多材料光固化3D打印装置，实现了多树脂材料嵌套模型的3D打印成型，然而该装置借助液体材料的流动性进行材料重涂覆使其无法适用于粘稠的陶瓷浆料的DLP成形，并且多余的材料无法回收再利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于光固化技术的叠层式陶瓷基复合材料3D打印成型装置和方法，利用薄膜传送带与陶瓷光固化浆料供给装置与浆料回收装置结合实现叠层式陶瓷基复合材料3D打印，使用不同种类陶瓷光固化浆料可以实现层间复合，并且浆料供给回收装置的设计使得多余的浆料可以循环利用，有效避免了浆料的浪费。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于光固化技术的叠层式陶瓷基复合材料3D打印成型装置，包括曝光装置、送料装置、成型台、浆料供给装置、浆料回收装置和控制装置；

所述的曝光装置固定在基座上，所述的曝光装置下方固定有UV光源，所述UV光源用于浆料的固化；

所述的曝光装置上方固定有送料装置，所述送料装置包括主动送料辊、被动送料辊、离型膜和张紧杆；

所述离型膜用于光固化过程，所述主动送料辊和被动送料辊位于送料装置两端；

所述离型膜绕在主动送料辊和被动送料辊上，驱动电机控制主动送料辊转动实现浆料的输送；

所述送料装置上方固定有成型台；

所述成型台两侧固定浆料供给装置以及浆料回收装置；