[发明专利]一种3D打印光固化陶瓷颗粒及其制备方法

说明书

本申请提供一种3D打印光固化陶瓷颗粒及其制备方法。3D打印光固化陶瓷颗粒包括：陶瓷基体；包覆于所述陶瓷基体表面的包覆层；且包覆层为烧结助剂层，烧结助剂层按烧结助剂成分的折射率递减次序对陶瓷基体进行包覆。上述3D打印光固化陶瓷颗粒通过沉淀法制得，包覆层的厚度和成分可以精确控制，同时添加适当着色剂，调整其吸光系数，使其更适合陶瓷光固化成型技术的需求。

技术领域

本发明涉及陶瓷3D打印技术领域，具体而言，涉及一种3D打印光固化陶瓷颗粒及其制备方法。

背景技术

陶瓷特定的精细结构和其高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、声光、超导、生物相容等一系列优良性能，被广泛应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天、生物医学等国民经济的各个领域。现代工业技术的迅速发展与成熟，对陶瓷构件的结构要求也越来越高。材料成型技术作为陶瓷结构件制备的重要环节之一，对陶瓷产品的结构、性能和应用具有决定性作用。传统的成型技术，如干法压制成型、塑性成型、浆料成型和加工技术对陶瓷的应用发挥着重要作用。但是这些技术难以满足对个性化、精细化、轻量化和复杂化的高端陶瓷产品快速制造的需求，限制了高性能陶瓷产品的开发与应用。因此，为了适应现代化工业制造及高端应用的发展，研究新型的高性能陶瓷成型技术具有重要性与迫切性。

近年来，增材制造技术(也称为3D打印技术)受到了广泛的关注与高度重视。“增材制造”无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产生的研制周期，提高效率并降低成本，同时，可以直接成形复杂结构件。增材制造技术为陶瓷的进一步工业应用打开了新的大门。

SLA立体光刻成型技术(以及由SLA发展出来的DLP数字光处理技术)是目前发展得较为成熟的一种3D打印陶瓷技术，其技术原理为：用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体DLP技术的工作原理与SLA技术类似，但是采用了数字微镜原件(DMD)装置，可使该层图像直接投影到整个区域中，实现面固化成型，极大地提高了打印效率。SLA/DLP技术在制备复杂结构、高精度陶瓷零部件方面具有明显优势。

基于光固化成型的3D打印陶瓷技术，其核心是配置陶瓷浆料和解决陶瓷与光敏树脂物理化学性质差异大的问题：

折射率，例如，Griffith等人早在1996年就开展了关于陶瓷浆料的光固化增材制造技术研究，采用SLA技术打印了固相含量为40-50vol％的Al₂O₃陶瓷浆料。Sun等人2002年报道了粉末特性对SiO₂、Al₂O₃和PZT陶瓷浆料及其光固化成型的影响。2012年再次对氧化硅的光聚合动力学进行了系统研究。其中，美国Michigan大学的Michelle L.Griffiith和John W.Halloran首先将SL技术和陶瓷制造工艺相结合，并研究了水基和树脂基两种陶瓷浆料的制备和陶瓷浆料的性质，并获得了简单的陶瓷零件，其次对散射问题进行了初步探讨，提出了修正的陶瓷浆料固化厚度公式，Cd＝SdLn(E0/Ed)，Sd反比与Δn²，Δn是陶瓷与光敏树脂的折射率差，Δn越大，Sd越小，固化厚度Cd越小，反之越大。折射率差越大，散射越明显，因为当激光或紫外光照射到陶瓷浆料中的陶瓷粉体与光敏树脂的界面，发生入射光因为散射而能量减弱，所以Sd减小，因而固化深度降低，故打印效率降低。同时，其陶瓷颗粒与光敏树脂的折射率差别越大，光敏树脂与陶瓷颗粒的界面散射影响越大，激光的入射能量损失越大，导致浆料的固化深度降低，固化宽度增加，降低3D打印效率和打印精度。

陶瓷粉体的吸光系数，其对其固化性能(固化深度和固化宽度)影响明显，陶瓷粉体吸光系数越大，固化深度和固化宽度均降低，但目前并无任何方法用于改善该问题。

鉴于此，提出本发明。