[发明专利]紫外光束同步固化辅助直写3D打印制备陶瓷材料的方法

说明书

本发明涉及一种紫外光束同步固化辅助直写3D打印制备陶瓷材料的方法，包括：步骤1，建立陶瓷材料的三维模型；步骤2，利用气泵推动气体挤出浆料；步骤3，打印开始前，使照射点与打浆料挤出位置重合，打印时，点光源随着打印针头同步移动，单次打印完成后，打印机即暂停打印，针头归位，关闭紫外灯点光源，并打开大功率紫外灯进行面曝光至完全固化；步骤4，打印机根据具体打印层的高度调整高度参数，在已固化的打印层上继续打印一至两层并曝光，如此循环操作直至打印完成；步骤5，对打印成型的陶瓷坯体按照烧成制度进行脱脂烧结。本发明可以解决光辅助直写成型工艺中固化不均匀，打印断丝，局部过度曝光，累积性缺陷等问题。

技术领域

本发明涉及陶瓷成型工艺技术领域，更具体地说，涉及一种紫外光束同步固化辅助直写3D打印制备陶瓷材料的方法。

背景技术

随着现代高新技术产业的发展，许多工业领域对材料性能提出了更高的要求。先进陶瓷作为新材料的一个重要组成部分，在国民经济中发挥着越来越重要的作用。先进陶瓷，又称为高性能陶瓷，是指采用高纯度、超细人工合成或精选的无机化合物为原料，通过组成和结构设计并采用精确的化学计量和新型制备技术制成的具有优异性能的陶瓷。高硬度、高强度和高耐磨是陶瓷材料的本质特征，凭借优良的物理性能，陶瓷材料在航空航天、电子信息以及生物工程等领域得到了快速发展和广泛应用。

同时也是由于陶瓷材料的高硬度、高脆性，给陶瓷零件的制造加工带来了很大不便，在制造过程中容易产生缺陷，很难通过后续处理进行弥补，特别是复杂结构陶瓷零件更加难于成形和加工。此时，陶瓷增材制造技术便应运而生。

陶瓷增材制造实际上是利用增材制造设备对陶瓷粉体或浆料等进行直接或间接

成型的技术。直接加工技术包括采用高能束(如激光)直接选择性熔化陶瓷粉末实现逐层成

型即激光选区熔融和陶瓷浆料经立体光固化或自由挤出成型素坯等。直接加工工艺的效率

较高。间接加工工艺可采用的增材制造工艺方法较多,例如激光选区烧结(SLS)、无模直写(DIW)、立体光固化(SLA)、自由挤出成型(EFF)、数字光处理(DLP)等,分别以粉末、浆料、泥坯等形态的原材料制造出陶瓷素坯,经后续烧结工艺实现陶瓷零件的制造。其中直写成型作为一种新型的固体无模成型技术，采用了3D打印的“分层制造”思想，通过材料的堆积完成三维零件的加工制造，最大优势便是不受传统模具的限制，成型较为简便快捷，且能够制造多孔或其他复杂结构的陶瓷坯体，在此基础上若采用紫外光固化辅助成型又可有效缩短成型零件的固化时间，提高成型精度，减小固化收缩率，而在紫外光辅助直写成型过程中，若在打印的同时进行跟踪曝光处理，则非常容易出现因为各部分的曝光程度不均而发生固化不均匀，打印断丝，以及局部过度曝光等问题，而若单采用点光源进行随点同步固化，则现有的小型紫外点光源功率不足而难以完全固化，更为严重的是，整体打印过程中，累积性的问题如结构塌陷、翘边等，可能直接导致成型失败，进而造成时间、成本上的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种紫外光束同步固化辅助直写3D打印制备陶瓷材料的方法，可以解决光辅助直写成型工艺中固化不均匀，打印断丝，局部过度曝光，累积性缺陷等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种紫外光束同步固化辅助直写3D打印的复杂结构陶瓷材料制备方法，包括以下步骤：

步骤1，建立适当的三维模型并将三维模型切片处理；

步骤2，预先准备盛装浆料的点胶机针筒与针头，利用气泵推动气体挤出浆料；

步骤3，打印开始前，调整打印机移动平台上紫外灯激光照射位置，使照射点与打浆料挤出位置重合，打印时，点光源随着打印针头同步移动，在打印时同步进行初始固化定型，单次打印完成后，打印机即暂停打印，针头归位，关闭紫外灯点光源，并打开大功率紫外灯进行面曝光至完全固化，曝光时间取决于陶瓷浆料的固相含量；