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陶瓷材料3D打印技术

发布日期:2019-11-11 05:12 作者:双色球

  3D打印技术即快速成型技术,又称为增材制造,它是以数字模型为基础,运用粉末状金属或塑料等黏合资料,经过逐层打印的方法来架构物体的技术。3D打印技能结合了资料技能、数字建模、信息处理等多范畴的前沿技能,打破了传统加工的思维方式,被视为“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。3D打印技能在珠宝、工业设计、修建、汽车、航空航天、医疗及其他行业范畴都有运用。

  陶瓷资料具有高强度、高硬度、耐高温和耐腐蚀等特性,广泛运用于生物、机械工程等范畴,但因为其硬而脆的特性造成陶瓷的成型加工困难、加工工艺本钱高、耗时长。将3D打印技能运用于陶瓷产品制造将会大幅减少陶瓷产品的出产周期和出产成本,对陶瓷产品的运用具有推动效果。3D打印陶瓷技术现在陶瓷3D打印技术主要有激光选区烧结技术(SLS)、熔融堆积成型技术(FDM)、分层实体制造技能(LOM)、三维打印技术(3DP)和喷墨打印技术(IJP)等。

  激光选区烧结技能(SLS)主要经过压辊、激光器、作业台3个结构组件彼此协作来完成。其详细原理是经过压辊将粉末铺在作业台上,电脑控制激光束扫描规定区域的粉末,粉末中的粘结剂经激光扫描熔化,构成层状结构。扫描完毕后,作业台下降,压辊铺上一层新的粉末,经激光再次扫描,与之前一层已固化的片状陶瓷粘结,重复操作同一步骤,最终打印成品。

  激光选区烧结技术的首要优势是打印资料广泛、成型功率与资料运用率高、成本较低等。因为成型进程中需求激光的引入,粉末需求预热和冷却,成型周期较长,后续处理工艺繁杂。而且因为所选用的远料粉需要能在激光效果下粘结而且高温彻底烧成,因而可以制备的产品种类有限。

  熔融堆积成型技术的原材料是热熔性陶瓷材料,大都被制造成便于存储运送的丝状。熔融沉积打印设备主要是由协作送料辊、导套和喷头三个部分组成的。开始时,热熔丝状原料经过送料辊,在从动辊与主动辊的一同运作下进入导向套,导套的摩擦系数较低,使丝状物料精确、连续地进入喷嘴。物料在喷头内受热熔化,依据计算机输出的数字模型进行打印。

  熔融堆积成型技术不需求激光技能的帮忙,具有成本低的优势,使用维护便利。缺点是打印进程需支撑结构,在堆积打印的进程中,随高度增加,上部分质量增加,下部材料强度不足以支撑和固定上部材料。尤其是在打印形状复杂的制品时,上层打印物往往比基层打印物面积更大,为了使陶瓷制品在打印中不坍塌,需要外设支撑结构。

  熔融堆积成型技术原理简易,进程相对易于控制,但打印进程需要较高温度将打印材料熔化,这就要求资料在热熔化后不易分解且保持恰当的流动性。为了满足制品结构功能要求,打印材料要具有一定的抗压强度和一定的刚度。为确保材料的规范精度,材料在凝结成型进程中的缩短率不能过大。因而陶瓷熔融堆积成型技能受到了很大的限制。

  分层实体制造是运用激光切开陶瓷薄膜片材,选用不好涂有热熔胶的薄膜片材为资料,层与层间依托加热和加压粘结,各层形状累积叠加起来成为实体件。热熔胶里含有树脂,有机粘结剂等,经过热熔胶机送到被粘合物表面,热熔胶冷却后即完成了粘合。分层实体制造技能运用陶瓷薄片的切割累加成型,是直接由面到体的成型方法,省掉了其他技能由点到线、由线及面的加工进程,这是分层实体制造技能与其他3D打印技能相较的优势。

  分层实体制造技能选用的陶瓷薄片可以运用流延法制备得到,国外关于流延法制备陶瓷薄片的技能现已比较成熟,原料获取非常便利。分层实体制造技能的成型速度快,前期预备工作简单,可是材料运用率较低。其成型原理简易,作业空间大,合适加工体积较大的零部件,但分层实体制造技能加工出的零件力学性能较差、精度较低,不合适加工精细零件。

  三维打印技能是运用计算机控制精密喷头先将粘结剂溶液按照零件界面形状喷射在铺平的陶瓷粉末上,再将粉末粘结在一同构成零件轮廓,如此层层堆积,终究进行后期处理得到所需零部件。

  三维打印技能成型原理简易,能够打印多种陶瓷材料,如氧化锆陶瓷、锆英砂、氧化铝、碳化硅和氧化硅等。因为该工艺选用喷射黏结剂的方法粘结,因而黏结剂的选择以及配比比例非常重要。符合要求的黏结剂必须有恰当的黏度和表面张力,为了满足这个要求,有时需要在黏结剂中增加一定量助剂,如分散剂、活性剂。

  喷墨打印技能是从三维打印成型技能展开而来,该技能将陶瓷粉体与各种有机物和溶剂配制成陶瓷墨水,经过计算机指令将陶瓷墨水逐层喷打到平台上,构成所需形状和规范的陶瓷坯体。[5]陶瓷墨水的制造是喷墨打印技能的关键,要求陶瓷粉体在墨水中具有出色的均匀分散度,合适的表面张力、黏度及电导率,较快的干燥速率和较高的固相含量。

  喷墨打印技能不需求激光技能进行作业,节省了制造本钱,可是,现在陶瓷墨水的配备以及喷墨打印头的阻塞等问题限制着该技能的发展。因而,在往后的研讨中要注意以下问题:合理选用陶瓷油墨中无机非金属粒径的大小和粘结剂的粘度;依据油墨中各添加剂的含量,选取合适的喷头毛细管直径。


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