[发明专利]原位陶瓷复合材料的3D打印方法

摘要

本发明公开了一种原位陶瓷复合材料的3D打印方法，涉及3D打印方法技术领域。所述方法首先将铝粉与TiO₂粉按着摩尔比混合均匀，在高温下压制成复合棒材。将复合棒材与氧化硼加热至熔融态，并使之在基体处相遇，在旋转搅拌器的作用下在界面处混合均匀，由于高温作用触发氧化硼、铝与TiO₂反应并生成TiB₂/Al₂O₃陶瓷复合材料。同时运动小车系统在控制系统控制下带动承载台不断移动，TiB₂/Al₂O₃陶瓷复合材料层不断按着程序的设定铺展，最终获得所需的TiB₂/Al₂O₃陶瓷复合材料的3D形状。所述方法采用3D打印结合自蔓延法制备陶瓷材料技术进行精密成型，具有方法简单，效率高，制备零件的精度高等特点。

主权项

1.一种原位陶瓷复合材料的3D打印方法，其特征在于所述打印方法使用原位陶瓷复合材料的3D打印装置，包括如下步骤：首先将铝粉与TiO2粉混合均匀，压制成Al/TiO2复合棒材（3）；将Al/TiO2复合棒材（3）通过传送装置插入到炉体上部的Al/TiO2导料管（2）中且Al/TiO2复合棒材（3）的下端远离导料口加热器（21）位置；通过控制系统控制反应容器加热器（7）工作，通过炉体内的测温热偶（4）反馈反应容器内的温度，将反应容器（5）进行预热至900℃‑1200℃；同时启动导料口加热器（21）给氧化硼导料管（23）和Al/TiO2导料管（2）进行预热；通过控制系统控制运动小车系统（13）的升降杆（13‑1）及运动轮（13‑2）运动，将反应容器（5）运动至初始位置，使得氧化硼导料管（23）和Al/TiO2导料管（2）的底部接近反应容器（5）的底部；所述3D打印装置的炉体（1）的前后左右侧壁上分别设置有第一位置传感器（27）、第二位置传感器（29）、第三位置传感器（16）以及第四位置传感器（8）， 所述反应容器（5）外侧的保温套（6）的前后左右侧壁上设置有第一信号接收器（28）、第二信号接收器（30）、第三信号接收器（17）以及第四信号接收器（9），所述第一位置传感器（27）与所述第一信号接收器（28）相对应，所述第二位置传感器（29）与所述第二信号接收器（30）相对应，所述第三传感器（16）与所述第三信号接收器（17）相对应，所述第四位置传感器（8）与所述第四信号接收器（9）相对应，运动小车系统（13）上侧的承载台（11）的下侧面设置有高度传感器（14），通过高度传感器（14），第一位置传感器(28）和第一信号接收器(29)、第二位置传感器(30）和第二信号接收器(31)、第三位置传感器（16）和第三信号接收器（17）、第四位置传感器（8）和第四信号接收器（9）构成位置传感器反馈系统，并根据传感器反馈系统采集的运动小车系统（13）坐标规定运动小车系统（13）的运动原点，根据运动原点位置在所述控制系统中输入待加工零件的3维坐标；启动Al/TiO2导料管（2）与氧化硼导料管（23）外的转动驱动装置驱动所述Al/TiO2导料管（2）与氧化硼导料管（23）进行旋转，且两者的旋转方向相反；同时向Al/TiO2导料管（2）和氧化硼导料管（23）中通入惰性气体，并打开炉体侧壁上的压力平衡阀门（20）；将Al/TiO2复合棒材（3）通过传送装置不断传送到Al/TiO2导料管（2）的下部，同时将固体氧化硼（24）投入氧化硼导料管（23）中，固体氧化硼（24）在氧化硼导料管（23）底部堆积后，由于受到导料口加热器（21）的作用开始熔化成为液体氧化硼（25）；同时导料口加热器（21）加热使得Al/TiO2复合棒材（3）中的铝熔化，并溃散成为Al熔体与TiO2颗粒的混合物；Al/TiO2导料管（2）和氧化硼导料管（23）中的惰性气体排出以及Al/TiO2导料管（2）和氧化硼导料管（23）旋转使得Al熔体与TiO2颗粒的混合物通过Al/TiO2导料管（2）下端的Al/TiO2出料槽（2‑2）排出Al/TiO2导料管（2），同时使得液体氧化硼（25）在压力作用下与Al熔体以及TiO2颗粒的混合物相遇；Al/TiO2导料管（2）本身转动使得Al/TiO2搅拌管（2‑1）对Al熔体和TiO2颗粒的混合物相遇与液体氧化硼（25）产生搅拌作用，同时氧化硼导料管（23）内的搅拌块（23‑1）进一步对Al熔体、TiO2颗粒及液体氧化硼（25）加速搅拌；由于在高温作用下，Al熔体与TiO2颗粒及液体氧化硼（25）混合物发生化学反应生成TiB2/Al2O3陶瓷复合材料；上述反应进行的同时，调整Al/TiO2导料管（2）和氧化硼导料管（23）通入的惰性气体压力差值，使得Al熔体与TiO2颗粒的混合熔体以及氧化硼（26）熔体畅通，且按比例范围注入到反应容器（5）的反应区，直至测温热偶（4）显示温度最高为止，此时证明两种熔体畅通且按比例范围合适，反应最为充分；通过位置传感器反馈系统来反馈运动小车系统（13）的坐标，并将坐标反馈给控制系统，控制系统根据输入的待加工零件的坐标以及运动小车系统（13）当前坐标，给出运动小车系统（13）的下一步运动轨迹，控制所述运动小车系统（13）运动；待加工零件的3维坐标全部运行完毕后，TiB2/Al2O3陶瓷复合材料精密零件完成制备，通过运动小车系统（13）的升降杆（13‑1）将TiB2/Al2O3陶瓷复合材料工件降至最低位置，关闭反应容器加热器（7）及导料口加热器（21），关闭通入Al/TiO2导料管（2）和氧化硼导料管（23）的惰性气体并关闭压力平衡阀门（20）以及转动驱动装置；待TiB2/Al2O3陶瓷复合材料工件（18）冷却至室温，将其取出，完成TiB2/Al2O3陶瓷复合材料工件的制备。