[发明专利]一种3D打印一体化制造堇青石蜂窝陶瓷载体的方法

说明书

本发明公开了一种3D打印一体化制造堇青石蜂窝陶瓷载体的方法，根据通孔的基本参数以及其排列方式与堇青石多孔蜂窝陶瓷载体的孔密度、比表面积以及通孔率之间的关系，利用规则或不规则几何形状以及常规平行或异形交叉通孔为多孔陶瓷载体的微观结构进行设计，获得了具有高比表面积，良好力学性能的多孔蜂窝结构；采用光固化3D打印工艺，实现了堇青石多孔蜂窝陶瓷载体的一体化设计和3D打印制造；建立了一套面向多孔蜂窝状陶瓷件微观与宏观三维结构的一体化设计与快速制造的工艺方法。

技术领域

本发明涉及多孔蜂窝陶瓷技术领域，尤其涉及一种3D打印一体化制造堇青石蜂窝陶瓷载体的方法。

背景技术

堇青石多孔蜂窝陶瓷载体，是由堇青石粉末经过结构设计和成型工艺处理后经高温烧结得到的多孔蜂窝状陶瓷载体，堇青石多孔蜂窝陶瓷载体具有许多优异性能,例如：1、比表面积大，多孔蜂窝陶瓷载体由众多的直通平行孔道组成，孔形大都以方形，三角形为主，其较高的孔密度和通孔率使得其具很大的比表面积；2、耐高温，堇青石材料熔点高达1450℃；3、热稳定性好，堇青石材料的热膨胀系数很低，它能够承受温度的急剧变化；4、原料易得，堇青石资源广泛存在于大自然中，其原料易得且价格低廉。

堇青石多孔蜂窝陶瓷载体早在20世纪70年代就被人们所使用，如今随着蜂窝陶瓷制造技术的发展，相关技术已经很成熟，目前市场主流的堇青石多孔蜂窝陶瓷载体主要由美国的Corning公司以及日本的NGK公司生产制造，其加工方式为传统挤出成形方式，传统挤出成形存在问题主要是精度低，模具设计制造周期长，不能加工成形复杂结构(如不同角度交叉通孔结构)等。

光固化技术，包括立体光固化工艺(SLA)和数字光处理面曝光光固化工艺(DLP)，是3D打印技术的一种，其原理是经光源精准照射每一层的光敏陶瓷浆料使其固化成形，随后升降台上升一个层厚的高度，刮刀刮平光敏陶瓷浆料，光源继续照射固化下一层光敏浆料，这样层层叠加从而得到所设计的三维零件结构。将光敏树脂与堇青石粉末和其他添加剂按特定配比混合可以得到光敏陶瓷浆料，经光固化3D打印技术制造可以快速得到堇青石多孔蜂窝陶瓷载体素坯件。与传统陶瓷生产工艺如挤出成形等相比，光固化技术的优点和先进性在于高精度、自由设计、不需要模具、可制造复杂结构。而且相较于目前在高分子和金属领域应用比较成熟的选择性激光烧结/熔化(SLS/SLM)3D打印工艺，光固化工艺在制造陶瓷零件方面具有更明显的优势，其制造的陶瓷零件拥有更高表面精度、更低表面粗糙度、更致密材料分布以及更均匀的材料性能。因此光固化技术，特别是目前先进的具有更高效率的数字光处理面曝光光固化(DLP)3D打印工艺在陶瓷零件制造领域比其他3D打印工艺具有更好的应用前景，目前已成为业界最为推崇的一种陶瓷3D打印工艺。

但是目前针对堇青石多孔蜂窝陶瓷载体研发方面，现有技术中还没有一款经光固化技术加工制得具有优异性能和一体化设计复杂结构的堇青石多孔蜂窝陶瓷载体，也就是说，现有技术中制作出来的堇青石多孔蜂窝陶瓷载体质量无法满足要求，并且结构较为复杂的堇青石多孔蜂窝陶瓷载体制作成功率较低，无法满足生产需求。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，本发明提供一种3D打印一体化制造堇青石蜂窝陶瓷载体的方法，旨在根据通孔的基本参数以及其排列方式与堇青石多孔蜂窝陶瓷载体的孔密度、比表面积以及通孔率之间的关系，利用规则或不规则几何形状以及常规平行或异形交叉通孔为多孔陶瓷载体的微观结构进行设计，获得具有高比表面积，良好力学性能的多孔蜂窝结构。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种3D打印一体化制造堇青石蜂窝陶瓷载体的方法，其中，所述3D打印一体化制造堇青石蜂窝陶瓷载体的方法包括：

根据多孔陶瓷载体的预设要求，获取多孔陶瓷载体的宏观结构模形，确定堇青石多孔蜂窝陶瓷载体的外形结构；