[发明专利]一种基于陶瓷材料的增材制造成形装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于陶瓷材料的增材制造成形装置，其特征在于，该装置包括：光固化机构、传动机构以及挤出回抽机构，所述光固化机构设于所述挤出回抽机构的一端，所述传动机构设于所述挤出回抽机构的另一端；其中，所述光固化机构包括调光器(15)、紫外线灯固定盘(16)和紫外固化灯(17)；所述挤出回抽机构包括喷嘴(1)、喷嘴连接件(2)、螺杆(3)、料筒(4)及料斗(6)；所述传动机构包括电机(12)和联轴器(11)。本发明还公开了一种应用所述装置的增材制造成形方法。本发明的方法可以均匀连续将陶瓷固含量为0vol％～65vol％的陶瓷光固化浆料挤出，光固化同时沉积成形，陶瓷固含量高，成形坯体烧结后致密度较高。

技术领域

本发明属于增材制造领域，更具体地，涉及一种基于陶瓷材料的增材制造成形方法。

背景技术

增材制造技术是自上世纪80年代末迅速发展起来的一种新型材料成形工艺，也称为快速成形技术和增材制造技术。增材制造技术采用将传统的三维实体加工转化为二维图形组合的降维技术。增材制造技术利用传统的材料成形小批量形状复杂的零件。主要包括以下几种成形技术：熔融沉积成形(FDM，Fused Deposition Modeling)、选择性激光烧结成形(SLS，Selective Laser Sintering)、三维打印成形技术(3DP，Three DimensionalPrinting)、分层实体制造成形(LOM，Laminated Object Manufacturing)、立体光固化成形(SLA，Stereo Lithography Apparatus)。

1988年，FDM工艺的思想最初由美国工程师Scott Crump提出，并于1992年开发了世界上第一台商业塑料FDM成形机3D-Modeler。该FDM工艺将被打印的塑料制成丝状原料，然后通过送料机构送入挤出喷嘴，实现熔融沉积成形。该方法仅限于成形热塑性的塑料材料。丹麦技术大学的学者Anna Bellini根据塑料F D M的原理，提出利用螺杆挤出的方式进行陶瓷FDM成形。但是，其陶瓷FDM工艺主要存在以下缺陷：所用喂料的陶瓷固含量不高，经烧结无法获得致密的陶瓷零件。此外，必须通过提高成型温度降低喂料的粘度，才能够实现成型，这样就会导致成型冷却过程样品的收缩较大，尺寸精度难以保证。

光固化成形工艺由美国Charles W.Hull于1984年最早提出，在1988年美国3DSystem公司最先推出商品化成型设备后得到飞速发展与应用，它利用紫外光诱导树脂发生固化。西安交通大学周伟召博士团队制备了的水基陶瓷浆料，尝试陶瓷浆料的光固化成型。但是陶瓷固含量很低，同样烧结后难以得到高密度的陶瓷零件。

专利文献CN106083059A公开了一种基于激光增材制造技术的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法，其利用激光烧结的方法成形氮化硅零件，克服了传统激光增材制造技术成型碳化硅陶瓷存在的工艺流程长、热解后坯体强度低、渗硅过程易发生不良反应对工作人员造成危险等缺陷。但该方法的技术方案中，陶瓷固相含量较低，成形后，经过烧结难以获得高致密度陶瓷零件，此外零件容易开裂。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于陶瓷材料的增材制造成形方法，其目的在于利用陶瓷浆料具体剪切稀化的特点，制备含光固化树脂的高固相含量的浆料，采用螺杆挤出方式及光固化原理实现陶瓷材料的增材制造。该方法可以均匀连续增材制造陶瓷固含量为0vol％～65vol％的陶瓷光固化浆料，光固化后沉积成形，解决了目前陶瓷增材制造固含量较低，烧结后致密度较低的问题。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种基于陶瓷材料的增材制造成形装置，其特征在于，该装置包括：光固化机构、传动机构以及挤出回抽机构，所述传动机构设于所述挤出回抽机构的一端，用于驱动所述挤出回抽机构旋转，从而挤出或回抽陶瓷光固化浆料，所述光固化机构设于所述挤出回抽机构的另一端，用于固化所述陶瓷光固化浆料，使其成形；