[发明专利]一种异质双向梯度孔径多孔陶瓷的3D打印制备方法及装置

权利要求书

1.一种异质双向梯度孔径多孔陶瓷的3D打印制备方法，其特征在于，3D打印装置包括成型平台(1)、Z轴升降系统(2)、X轴传动系统(3)、打印平台(4)、UV LED光源(5)、软件控制系统(6)、散热系统(7)、主机箱(9)、LCD显示屏(10)、第一树脂液槽(11)和第二树脂液槽(12)；

所述成型平台(1)固定在Z轴升降系统(2)的导轨上，由小型电机牵引实现Z轴方向的上下移动；第一树脂液槽(11)和第二树脂液槽(12)固定在X轴传动系统(3)的同步带上，由小型电机带动X轴方向往复运动，实现两种光敏树脂原料的交替变换；LCD显示屏(10)位于成型平台(1)的正下方，底部与UV LED光源(5)相对；软件控制系统(6)集成在主机箱(9)内；散热系统(7)的风扇位于主机箱(9)的侧面，用于调控UV LED光源(5)和主机箱(9)的工作温度；所述的3D打印制备方法步骤具体如下：

步骤1：制备用于光固化3D打印的第一前驱体陶瓷浆料和第二前驱体陶瓷浆料，分别放置在第一树脂液槽(11)和第二树脂液槽(12)内；

步骤2：通过三维建模软件建立双向梯度多孔结构陶瓷的实体模型，导出STL格式文件到光固化切片软件，再经软件控制系统(6)的数据分析，生成成型平台(1)沿Z轴的移动数据、第一树脂液槽(11)和第二树脂液槽(12)沿X轴的移动数据、UV LED光源(5)的图片信息以及曝光参数；

步骤3：根据步骤2得到的数据，UV LED光源(5)每次投影一张设定好的3D实体数字图片，固化一层第一前驱体陶瓷浆料；

步骤4：成型平台(1)沿Z轴方向向上移动一层树脂层厚度的高度，使已经固化的固态树脂与第一树脂液槽(11)底面分离并粘附在平台或上一层固化的树脂上，层层堆叠直到所设计的孔径厚度，打印出一排宏观孔层结构；

步骤5：软件控制系统(6)控制成型平台(1)沿Z轴方向向上移动树脂液槽高度1.2倍的距离，并控制X轴传动系统(3)带动第一树脂液槽(11)和第二树脂液槽(12)向左移动，使第二树脂液槽(12)位于LCD显示屏(10)正上方，成型平台(1)沿Z轴方向再向下复位树脂液槽高度1.2倍的距离；

步骤6：根据步骤2得到的数据，UV LED光源(5)每次投影一张设定好的3D实体数字图片，固化一层第二前驱体陶瓷浆料；

步骤7：成型平台(1)沿Z轴方向向上移动一层树脂层厚度的高度，使已经固化的固态树脂与第二树脂液槽(12)底面分离并粘附在上一层固化的树脂上，层层堆叠直到所设计的孔间厚度，打印出一排宏观孔层与孔层之间的结构；

步骤8：软件控制系统(6)控制成型平台(1)沿Z轴方向向上移动树脂液槽高度1.2 倍的距离，并控制X轴传动系统(3)带动第一树脂液槽(11)和第二树脂液槽(12)向右移动复位，使第一树脂液槽(11)位于LCD显示屏(10)正上方，成型平台(1)沿Z轴方向再向下复位树脂液槽高度1.2倍的距离；

步骤9：重复步骤3-步骤8，获得由第一前驱体陶瓷浆料和第二前驱体陶瓷浆料交替堆叠成型的异质双向梯度多孔结构的前驱体陶瓷3D打印样件；

步骤10：将前驱体陶瓷3D打印样件从成型平台(1)上取下，超声清洗多余光敏树脂后进行UV固化处理10分钟；

步骤11：将步骤10处理过的前驱体陶瓷3D打印样件置于石墨坩埚 中，在高温炉内首先从300摄氏度以2～5℃/min的速率升温到600摄氏度进行脱脂，并在1300～1500摄氏度真空烧结2～3小时，获得异质双向梯度孔径多孔陶瓷；

所述步骤1的第一前驱体陶瓷浆料组分为：光敏树脂60～70wt％，碳化硅粉末和/或氮化硅粉末15～20wt％，粒径为3000～5000目，无定形硅粉1～5wt％，粒径为4000～5000目，助烧剂5～10wt％，分散剂2～10wt％；

第二前驱体陶瓷浆料组分为：光敏树脂60～70w％，碳化硅粉末和/或氮化硅粉末10～15wt％，粒径为4000～6000目，无定形硅粉5～10wt％，粒径为5000～6000目，助烧剂5～10wt％，分散剂2～10wt％。

2.根据权利要求1所述的异质双向梯度孔径多孔陶瓷的3D打印制备方法，其特征在于，助烧剂为氧化铝和/或氧化钇，分散剂为KOS110。