[发明专利]一种基于3D打印的铸造用陶瓷过滤器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于3D打印的铸造用陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：陶瓷过滤器结构设计首先根据所选择的铸铁种类与浇铸金属液单位面积过滤能力，使用三维软件设计过滤器的上下表面为网格状或蜂窝状，外形尺寸长80～100mm、宽80～100mm、高20～30mm；打印梯度层数为10～15层，梯度层厚为1～2mm，打印线宽为60～120μm；孔隙率为5ppi～30ppi，以每层增加1～2ppi的趋势从第一层过渡到最后一层，使得孔隙率从过滤器上端到下端实现由小到大的梯度变化；然后将三维图形以STL文件格式导入至切片软件，在考虑打印时长、材料固化厚度、精度要求后，对过滤器模型进行分层切片；然后将切片所得数据制作成视频文件并导入至数字光处理模块；步骤2：复合浆料制备(1)陶瓷粉表面改性：将氧化钇稳定氧化锆粉末放入60℃～100℃干燥箱中于燥2h～5h，再用无水乙醇和硅烷偶联剂制作质量浓度3％～5％的改性溶液，然后将干燥后的陶瓷粉与改性溶液以体积比4∶1～5∶1的比例混合，混合后的溶液放入行星式球磨机混合8～10h，然后干燥去除乙醇，最后，将干燥后的粉末筛去粉末团聚，得到表面改性氧化锆陶瓷粉；(2)陶瓷前驱体：陶瓷前驱体材料为正丙醇锆或聚碳硅氮烷，将陶瓷前驱体和甲基丙烯酸按照体积分数2∶1混合，并加入1wt.％的光敏引发剂，配制陶瓷前驱体溶液；(3)复合陶瓷浆料配制：将表面改性氧化锆陶瓷粉与光敏树脂和陶瓷前驱体溶液球磨混合，再进行真空除泡，得到所需的复合浆料；步骤3：陶瓷过滤器打印首先将打印平台缓缓浸入浆料中，直至打印平台与复合富氧膜的距离略大于成型件与打印窗口之间形成的不固化区域即“死区”厚度；紧接着数字光处理模块将制备好的视频图像投影到浆料上，同时打印平台以一定速度上升，此时，受到紫外光辐照后固化的成型件随着打印平台的上升而不断上升，成型件上升留出的空隙也被四周的浆料迅速填充，整个过程一直处于连续状态；最终视频播放完成的同时，陶瓷过滤器被完整地打印出来；步骤4：打印后处理首先在超声波浴中去除未固化的浆料，然后将陶瓷坯体经过脱脂预烧和高温烧结强化，得到陶瓷过滤器；

所述浇铸金属液单位面积的过滤能力为1.0～3.8kg/cm²；

将表面改性氧化锆陶瓷粉与光敏树脂和陶瓷前驱体溶液的混合物以体积比1∶1～1∶2进行球磨混合，球磨参数为转速：300～500r/min；时间：10～12h，打印速度为50mm/h～100mm/h。

2.如权利要求1所述的一种基于3D打印的铸造用陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于，所述铸铁种类包括球墨铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁。

3.如权利要求1所述的一种基于3D打印的铸造用陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于，所述复合富氧膜包括支撑层和低表面能层，支撑层位于低表面层的下部，其选用微孔PET膜来保证支撑强度和一定的透氧性，低表面能层选用PDMS来防止粘附，保证浆料的填充，以固化陶瓷材料。

4.如权利要求1所述的一种基于3D打印的铸造用陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于，所述复合富氧膜为PDMS/SiO₂膜，所述PDMS/SiO₂膜，上层为氢氟酸溶液刻蚀掉SiO₂的PDMS膜；下层为未刻蚀SiO₂的PDMS/SiO₂膜。

5.如权利要求1所述的一种基于3D打印的铸造用陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于，所述数字光处理模块，投射光波长为405nm，光源最大功率800mW。

6.如权利要求1所述的一种基于3D打印的铸造用陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于，为保证打印平台与浆料之间无气泡存在，选择以侧置放入浆料有效保证气体的排出，或提前使用浆料润湿打印平台，达到浆料与打印平台的更好贴合。

7.如权利要求1所述的一种基于3D打印的铸造用陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于，所述球磨混合时，每1h暂停10min。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种基于3D打印的铸造用陶瓷过滤器的制备方法制备得到的陶瓷过滤器。