[发明专利]基于激光诱导热固化的陶瓷3D打印方法及3D打印装置

说明书

本发明提供一种基于激光诱导热固化的陶瓷3D打印方法及3D打印装置，上述的陶瓷3D打印方法包括：利用驱动组件驱动打印平台在打印液槽中下降，直至打印平台浸入打印液体的目标位置处；利用刮刀组件刮平打印液体的液面；利用激光组件发射的激光扫描液面，以使扫描处的打印液体的溶剂蒸发，构建形成固体模型；循环上述步骤，完成3D打印；其中，打印液体包括高固含量的陶瓷浆料和溶剂。该基于激光诱导热固化的陶瓷3D打印方法避免了脱脂过程中产生污染物的可能性，降低了陶瓷3D打印的工艺成本，可以生产出能够与可传统陶瓷工艺相当的高壁厚、大尺寸、完全致密的陶瓷产品，且几乎适用于所有的陶瓷材料，扩大了陶瓷3D打印的适用范围。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种基于激光诱导热固化的陶瓷3D打印方法及3D打印装置。

背景技术

为弥补陶瓷传统加工方式不足，新兴的陶瓷3D打印技术蓬勃发展，现有陶瓷3D打印技术方法主要有以下几种：

1、激光溶融技术。该技术通过大功率激光扫描特定区域内的粉体，使粉体直接熔融成形，可实现陶瓷粉粒直接一步成形。其存在的缺点是：陶瓷热导率普遍偏低，激光溶融工艺在短时间内产生较大温差会导致成形零件出现微观裂纹多、气孔率高、力学性能较差等缺陷，目前尚未有效解决。

2、三维打印技术。该技术是基于微滴喷射技术的3D打印方法，通过喷射粘结剂将陶瓷颗粒层层叠加成零件坯体，后经脱脂、烧结工艺致密化。其存在的缺点是：打印陶瓷坯体往往孔隙率比较大，对烧结致密具有负面影响，需采用等静压、浸渗等后处理工艺进一步提高致密性。

3、分层实体制造技术。该技术所用原料呈薄膜状，通过激光切割薄膜材料获得每层形状，通过辊轴部件热压作用实现层层粘合。其存在的缺点是：成形坯体也需要脱脂、烧结处理才能得到致密零件，该工艺在制造形状方面有局限性，多用于盘状零件的生产。

4、焰融沉积技术。该技术所用原料为丝状，丝材由粘结剂与陶瓷粉体构成。其存在的缺点是：复合丝材需要在高于粘结剂熔点的温度下熔化，按3D打印设定轨迹堆积成零件生坯，随后脱脂、烧结得到陶瓷零部件。

5、基于挤出原理的直写自由成形技术。该技术所用原料为膏状形态，粉体与粘结剂混合成膏料，进而膏料按照控制系统的指令挤出于制造平台上，经高温、冷冻或激光等因素作用固化，并堆叠成素坯，最后经过脱脂、烧结处理得到零件。

6、光固化成型技术。该技术包括陶瓷立体光刻与数字光处理，均是基于光聚合原理的3D打印。3D打印时先将陶粉与液体树脂混合，制备一定固相含量、粘度的光敏料浆，然后控制紫外激光扫描料浆表面引发光聚合反应，得到高分子包裹粉粒的坯体，最终脱脂、烧结得到所需的零件。

以上打印方式均存在一定的缺点和局限性，在上述打印技术中，光固化成型技术以精度高，打印零件致密度较高、力学性较优等优点获得了最为广泛的关注与应用，但是，其存在一些固有缺点，限制其应用。

其存在的缺陷如下：第一：光固化成型方法中由于大量有机物的应用，需要脱脂工序，脱脂工艺复杂耗时长，且脱脂中产生的挥发物若不经过处理会污染环境，这是除激光溶融技术外，其余现有打印方法均存在固有问题；第二：由于含有的有机组分多，固含量低，无法生产可媲美传统陶瓷生产工艺的高壁厚、大尺寸、完全致密的陶瓷产品，限制了其应用；第三：由于光固化成型的固化特性，决定了颜色深、折射率高的陶瓷材料，如碳化硅等，无法很好的进行光固化成型，也限制了其在陶瓷领域的应用；第四、光固化成型的生坯强度较低，无法进行切削加工。

综上，针对上述现有技术的现状和问题，目前亟需一种新的陶瓷3D打印方法及3D打印装置。

发明内容

基于上述表述，本发明提供了一种基于激光诱导热固化的陶瓷3D打印方法及3D打印装置，以解决现有技术中的陶瓷3D打印技术存在耗时长、有污染性的脱脂工艺、无法生产可媲美传统陶瓷生产工艺的高壁厚、大尺寸、完全致密的陶瓷产品，以及适用性差的技术问题。