本發明專利技術公開了一種基于陶瓷材料的增材制造成形裝置，其特征在于，該裝置包括：光固化機構、傳動機構以及擠出回抽機構，所述光固化機構設于所述擠出回抽機構的一端，所述傳動機構設于所述擠出回抽機構的另一端；其中，所述光固化機構包括調光器(15)、紫外線燈固定盤(16)和紫外固化燈(17)；所述擠出回抽機構包括噴嘴(1)、噴嘴連接件(2)、螺桿(3)、料筒(4)及料斗(6)；所述傳動機構包括電機(12)和聯軸器(11)。本發明專利技術還公開了一種應用所述裝置的增材制造成形方法。本發明專利技術的方法可以均勻連續將陶瓷固含量為0vol％～65vol％的陶瓷光固化漿料擠出，光固化同時沉積成形，陶瓷固含量高，成形坯體燒結后致密度較高。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于增材制造領域，更具體地，涉及一種基于陶瓷材料的增材制造成形方法。
技術介紹
增材制造技術是自上世紀80年代末迅速發展起來的一種新型材料成形工藝，也稱為快速成形技術和增材制造技術。增材制造技術采用將傳統的三維實體加工轉化為二維圖形組合的降維技術。增材制造技術利用傳統的材料成形小批量形狀復雜的零件。主要包括以下幾種成形技術：熔融沉積成形(FDM，FusedDepositionModeling)、選擇性激光燒結成形(SLS，SelectiveLaserSintering)、三維打印成形技術(3DP，ThreeDimensionalPrinting)、分層實體制造成形(LOM，LaminatedObjectManufacturing)、立體光固化成形(SLA，StereoLithographyApparatus)。1988年，FDM工藝的思想最初由美國工程師ScottCrump提出，并于1992年開發了世界上第一臺商業塑料FDM成形機3D-Modeler。該FDM工藝將被打印的塑料制成絲狀原料，然后通過送料機構送入擠出噴嘴，實現熔融沉積成形。該方法僅限于成形熱塑性的塑料材料。丹麥技術大學的學者AnnaBellini根據塑料FDM的原理，提出利用螺桿擠出的方式進行陶瓷FDM成形。但是，其陶瓷FDM工藝主要存在以下缺陷：所用喂料的陶瓷固含量不高，經燒結無法獲得致密的陶瓷零件。此外，必須通過提高成型溫度降低喂料的粘度，才能夠實現成型，這樣就會導致成型冷卻過程樣品的收縮較大，尺寸精度難以保證。光固化成形工藝由美國CharlesW.Hull于1984年最早提出，在1988年美國3DSystem公司最先推出商品化成型設備后得到飛速發展與應用，它利用紫外光誘導樹脂發生固化。西安交通大學周偉召博士團隊制備了的水基陶瓷漿料，嘗試陶瓷漿料的光固化成型。但是陶瓷固含量很低，同樣燒結后難以得到高密度的陶瓷零件。專利文獻CN106083059A公開了一種基于激光增材制造技術的復雜結構碳化硅陶瓷零件制造方法，其利用激光燒結的方法成形氮化硅零件，克服了傳統激光增材制造技術成型碳化硅陶瓷存在的工藝流程長、熱解后坯體強度低、滲硅過程易發生不良反應對工作人員造成危險等缺陷。但該方法的技術方案中，陶瓷固相含量較低，成形后，經過燒結難以獲得高致密度陶瓷零件，此外零件容易開裂。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供一種基于陶瓷材料的增材制造成形方法，其目的在于利用陶瓷漿料具體剪切稀化的特點，制備含光固化樹脂的高固相含量的漿料，采用螺桿擠出方式及光固化原理實現陶瓷材料的增材制造。該方法可以均勻連續增材制造陶瓷固含量為0vol％～65vol％的陶瓷光固化漿料，光固化后沉積成形，解決了目前陶瓷增材制造固含量較低，燒結后致密度較低的問題。為了實現上述目的，按照本專利技術的一個方面，提供一種基于陶瓷材料的增材制造成形裝置，其特征在于，該裝置包括：光固化機構、傳動機構以及擠出回抽機構，所述傳動機構設于所述擠出回抽機構的一端，用于驅動所述擠出回抽機構旋轉，從而擠出或回抽陶瓷光固化漿料，所述光固化機構設于所述擠出回抽機構的另一端，用于固化所述陶瓷光固化漿料，使其成形；其中，所述擠出回抽機構包括噴嘴、噴嘴連接件、螺桿、料筒及料斗，所述噴嘴通過噴嘴連接件和料筒相連，螺桿設于料筒內部，料斗緊固在料筒上端，所述陶瓷光固化漿料從料斗流入料筒內；所述傳動機構包括電機和聯軸器，所述電機的輸出端與所述螺桿連接，用于帶動所述螺桿轉動，從而擠出或回抽所述陶瓷光固化漿料；所述光固化機構包括調光器、紫外線燈固定盤和紫外固化燈，紫外固化燈燈源豎直向下安裝在所述紫外線燈固定盤中，所述調光器與紫外固化燈相連，用于改變所述紫外固化燈的輸出光譜和光強，所述紫外固化燈燈光照射在所述陶瓷光固化漿料細絲上，使其固化成形。進一步地，該裝置還包括散熱機構，所述散熱機構包括散熱風扇和金屬散熱片，散熱風扇和散熱片相連，金屬散熱片安裝在步進電機的一側。進一步地，該裝置還包括料筒支架，其套設在所述料筒上，用于固定所述料筒。優選地，所述噴嘴直徑為0.05mm～5mm。優選地，所述螺桿(3)與料筒(4)之間的間隙為0.05mm～0.3mm。按照本專利技術的另一個方面，提供一種應用所述的基于陶瓷材料的增材制造成形裝置的增材制造成形方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：(1)制備光固化樹脂體系；(2)向所述樹脂體系中添加陶瓷粉體并混合均勻，隨后在混合均勻的漿料中加入光引發劑，混合均勻制得陶瓷光固化材料漿料；(3)設置待成形零件的工藝參數，對所述零件的模型進行切片處理，生成切片信息，并轉化生成控制步機運行的指令；(4)將所述陶瓷光固化材料漿料加入料斗中，同時所述電機驅動螺桿從噴嘴擠出所述陶瓷光固化材料，運行步驟中產生的指令，得到所述零件成形的陶瓷坯體；(5)將所述成形的陶瓷坯體進行脫脂、燒結處理，即可得到所述陶瓷零件。進一步地，所述陶瓷粉體的體積分數為0vol％～65vol％。進一步地，所述工藝參數為打印速度、層高或掃描角度。總體而言，通過本專利技術所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：(1)本專利技術的方法，利用陶瓷漿料具體剪切稀化的特點，制備含光固化樹脂的高固相含量的漿料，采用螺桿擠出方式及光固化原理實現陶瓷材料的增材制造。該方法可以均勻連續增材制造陶瓷固含量為0vol％～65vol％的陶瓷光固化漿料，光固化同時成形，解決了目前陶瓷增材制造固含量較低，燒結后致密度較低的問題。(2)本專利技術基于陶瓷材料的增材制造成形裝置，最終能夠成形出高致密度高性能的陶瓷零件，并且制備的陶瓷零件固含量高，燒結后致密度較高。附圖說明圖1為本專利技術實施例的一種基于陶瓷材料的增材制造成形裝置的結構示意圖。圖1中，1-噴嘴、2-噴嘴連接件、3螺桿、4料筒、5料筒支架、6料斗、7軸承端蓋、8支撐板、9軸承、10電機支架、11聯軸器、12電機、13散熱風扇、14金屬散熱片、15調光器、16紫外線燈管固定盤、17UV紫外固化燈。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。本專利技術所述一種基于陶瓷光固化材料增材制造成形方法的原理是利用螺桿將高固相含量的陶瓷光固化漿料均勻連續擠出，經過光固化后沉積成形。圖1為本專利技術實施例的一種基于陶瓷材料的增材制造成形裝置的結構示意圖。如圖1所示，該裝置包括以下機構：光固化機構、傳動機構、散熱機構、擠出回抽機構以及裝配機構：所述光固化機構包括調光器15、紫外線燈管固定盤16、紫外線固化燈17，紫外線固化燈17燈源豎直向下安裝在紫外線燈管固定盤16中，紫外線固化燈17和調光器15相連，紫外線燈管固定盤16安裝在料筒4的最下端，工作時，紫外線固化燈17，通過所述調光器15可以改變紫外線固化燈17的輸出光譜和光強，紫外線固化燈17發出的燈光照射擠出在成形臺上的光固化材料細絲，使其固化。在本專利技術的優選實施例中，紫外線燈管固定盤16為一系列尺寸，以用于不同大小零件的成本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于陶瓷材料的增材制造成形裝置，其特征在于，該裝置包括：光固化機構、傳動機構以及擠出回抽機構，所述傳動機構設于所述擠出回抽機構的一端，用于驅動所述擠出回抽機構旋轉，從而擠出或回抽陶瓷光固化漿料，所述光固化機構設于所述擠出回抽機構的另一端，用于固化所述陶瓷光固化漿料，使其成形；其中，所述擠出回抽機構包括噴嘴(1)、噴嘴連接件(2)、螺桿(3)、料筒(4)及料斗(6)，所述噴嘴(1)通過噴嘴連接件(2)和料筒(4)相連，螺桿(3)設于料筒(4)內部，料斗(6)緊固在料筒(4)上端，所述陶瓷光固化漿料從料斗(6)流入料筒(4)內；所述傳動機構包括電機(12)和聯軸器(11)，所述電機(12)的輸出端與所述螺桿(3)連接，用于帶動所述螺桿(3)轉動，從而擠出或回抽所述陶瓷光固化漿料；所述光固化機構包括調光器(15)、紫外線燈固定盤(16)和紫外固化燈(17)，紫外固化燈(17)燈源豎直向下安裝在所述紫外線燈固定盤(16)中，所述調光器(15)與紫外固化燈(17)相連，用于改變所述紫外固化燈(17)的輸出光譜和光強，所述紫外固化燈(17)燈光照射在所述陶瓷光固化漿料細絲上，使其固化成形。
【技術特征摘要】
1.一種基于陶瓷材料的增材制造成形裝置，其特征在于，該裝置包括：光固化機構、傳動機構以及擠出回抽機構，所述傳動機構設于所述擠出回抽機構的一端，用于驅動所述擠出回抽機構旋轉，從而擠出或回抽陶瓷光固化漿料，所述光固化機構設于所述擠出回抽機構的另一端，用于固化所述陶瓷光固化漿料，使其成形；其中，所述擠出回抽機構包括噴嘴(1)、噴嘴連接件(2)、螺桿(3)、料筒(4)及料斗(6)，所述噴嘴(1)通過噴嘴連接件(2)和料筒(4)相連，螺桿(3)設于料筒(4)內部，料斗(6)緊固在料筒(4)上端，所述陶瓷光固化漿料從料斗(6)流入料筒(4)內；所述傳動機構包括電機(12)和聯軸器(11)，所述電機(12)的輸出端與所述螺桿(3)連接，用于帶動所述螺桿(3)轉動，從而擠出或回抽所述陶瓷光固化漿料；所述光固化機構包括調光器(15)、紫外線燈固定盤(16)和紫外固化燈(17)，紫外固化燈(17)燈源豎直向下安裝在所述紫外線燈固定盤(16)中，所述調光器(15)與紫外固化燈(17)相連，用于改變所述紫外固化燈(17)的輸出光譜和光強，所述紫外固化燈(17)燈光照射在所述陶瓷光固化漿料細絲上，使其固化成形。2.根據權利要求1所述的一種基于陶瓷材料的增材制造成形裝置，其特征在于，該裝置還包括料筒支架(5)，其套設在所述料筒(4)上，用...
【專利技術屬性】
技術研發人員：肖建中，武博，方輝，田思宇，黃達，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42
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