[发明专利]陶瓷增材制造光源柔性调制固化方法和装置

说明书

本发明公开了一种陶瓷增材制造光源柔性调制固化方法和装置，能够实现陶瓷浆料光固化工艺逐层打印过程中，光源强度的柔性调制，优化复杂陶瓷型芯曲面特征的打印效果和精度，降低阶梯效应导致的模型误差。本发明提出的一种陶瓷增材制造光源柔性调制固化方法和装置主要包含可调光源、LCD屏幕及料槽，可调光源及LCD屏幕在上位机的控制下，可实现在单层打印中的不同区域不同强度的光照及辐射，以优化陶瓷型芯模型曲面的光滑过渡，提升打印精度及效率。

技术领域

本发明属于陶瓷型芯3D打印领域，特别是涉及一种陶瓷材料的光固化优化打印方法与装置。

背景技术

3D打印，又称立体打印、三维打印、增材制造、积层制造，造型来源于三维模型或电子数据，是一种快速成型技术，先要设计数字模型，通过数据传输到终端打印机上，运用各种可粘合可塑性材料，连续叠加、构造，最后将模型转化为实体。而陶瓷材料具有硬度高、密度低、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等优良性能，在航空、航天、船舶等领域得到了广泛应用。先进结构陶瓷材料具有挑战极端服役条件(超高温、超大热流、超强腐蚀和超大压强)的本征优势，成为替代金属的关键材料。航空、航天、船舶等领域对陶瓷材料的高强度、高精度需求，对高性能复杂结构的陶瓷打印提出了更高的要求，陶瓷材料开始朝着多元化、复合化、功能化方向发展。

光固化3D打印技术是基于光敏材料的一类新型3D打印技术，具有精度高、成形快等特点，光固化成形工艺主要分为两大类：立体光刻(SL)与数字光处理(DLP)均是基于光聚合原理的3D打印，一般立体光刻工艺由位于成形平台上方的激光器提供紫外光束，而数字光处理技术则由位于成形平台下方的LED提供紫外能量。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。

由于立体光刻技术的聚合方法是局部的，而数字光处理技术允许一次固化一层表面，因此与立体光刻工艺相比，数字光处理技术具有更快的打印速度。随着技术的发展，数字光处理技术的成形工艺已超过立体光刻打印的打印精度。但是，由于数字光镜的分辨率有限，数字光处理打印工艺仅适用于打印小零件。对于大型零件的印刷，立体光刻工艺仍然较数字光处理工艺更具效率。但综合来看，由于层层堆积的成形原理，对于曲面等柔性过度特征仍有明显的阶梯效应，曲面过度的打印工艺仍有进一步优化的空间。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种陶瓷增材制造光源柔性调制固化方法和装置，实现曲面特征层与层间的过度优化，减少阶梯效应带来的误差，提高成形精度。

一种陶瓷增材制造光源柔性调制固化装置，包括Z轴导轨；其中Z轴导轨上由高至低依次设置打印平台、料槽和LCD屏幕，其中LCD屏幕的下方设有可调光源组件；其中料槽、LCD屏幕和可调光源组件，三者在垂直于地面方向上，始终平行。

进一步的，所述LCD屏幕的一端设有LCD屏幕外接口，LCD屏幕在上位机控制下，结合屏幕内偏光片实现透光率可调。

进一步的，所述可调光源组件包括可调光源和可调光源透镜；其中若干个可调光源透镜设置在所述可调光源上。

进一步的，可调光源采用405nm紫外光源或400-600nm可见光源，具体频率根据所选的光敏陶瓷材料类型决定。

陶瓷增材制造光源柔性调制固化方法，包括以下步骤：

步骤1：打印开始前，手动为料槽上料，将光敏陶瓷材料倒入料槽，等待液面平静后，可以开始打印；打印开始时，打印平台先回归零位；随后，打印平台在电机带动下，下沉至料槽中，打印平台表面与料槽底部为一个层厚的距离；

步骤2：做切片及单层光照强度分布策略：通过上位机软件对目标件模型依据层厚、曝光时间参数进行切片，并对切片后的单层进行光照强度分布策略规划，对需要做边缘过渡的区域，采用合理的光照强度，控制其固化速率；