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一种基于光固化成型工艺的陶瓷增材方法

阅读：844发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种基于光固化成型工艺的陶瓷增材方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于光固化成型工艺的陶瓷增材方法，涉及陶瓷成型工艺技术领域，为解决由于需要CAD数字模型才能制造，而前期建模的时间较长影响整体制造效率的问题。包括以下步骤：步骤1：将需要制作的陶瓷增材分为两类，一类为已有实际样品的增材，另一类为未有实际样品的增材；步骤2：运用三维扫描仪对第一类的实际样品进行扫描，没有实际样品的重新进行建模；步骤3：制备预混液；步骤4：然后将陶瓷粉末和聚丙烯酸钠加入上述预混液中,然后将陶瓷浆料进行球磨；步骤5：将陶瓷浆料加入光固化成型机树脂槽中。将经过处理的CAD模型数据转化为STL文件格式,得到各层截面的二维轮廓信息；步骤6：素坯成型；步骤7：干燥；步骤8：脱脂和烧结。，下面是一种基于光固化成型工艺的陶瓷增材方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于光固化成型工艺的陶瓷增材方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将需要制作的陶瓷增材分为两类，一类为已有实际样品的增材，另一类为未有实际样品的增材；
步骤2：运用三维扫描仪对第一类的实际样品进行扫描从而实现快速建模，没有实际样品的重新进行建模；
步骤3：将丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺按照比例加入硅溶胶和甘油混合而成的溶液中，进行搅拌，搅拌时间为5m,搅拌转速为1000rpm，得到预混液；
步骤4：然后将陶瓷粉末和聚丙烯酸钠缓缓加入上述预混液中,然后将陶瓷浆料进行球磨,得到分散均匀的陶瓷浆料；
步骤5：将陶瓷浆料加入光固化成型机树脂槽中。将经过处理的CAD模型数据转化为STL文件格式,用分层软件将模型沿Z向(高度方向)离散成一系列二维层片,得到各层截面的二维轮廓信息；
步骤6：成型开始时,将激光束汇聚成直径0.2mm的光斑。依靠反光振镜的运动,引导激光束在XY平面扣描。陶瓷浆料在紫外光照射下迅速发生光聚合反应并从液态变成固态，工作平台处于液面以上,聚焦光斑在液面上按指令逐点扫描。当前层打描完成后,未被照射的区域仍是陶瓷浆料。扫描的轨迹及光线的有无均由计算机控制,光点照射的区域瞬间固化。
完成一层扫描后,工作平台沉入液面下并再回位,己成型的表面上又覆盖新的一层陶瓷浆料,刮板将粘度较大的浆料液面刮平,然后再进行扫描,新固化层牢固地粘在前层上,如此重复直到整个陶瓷素坯增材制造完毕；
步骤7：利用红外辐射进行干燥，均匀去除陶瓷素坯中的部分水分,保证陶瓷素坯不产生翘曲变形，红外温度为75℃～80℃,辐射时间为10m；
步骤8：将陶瓷素坯中作为粘接剂的有机聚合物在250～400℃中去除,进行热等静压烧结，烧结温度为1320℃～1400℃,压力为80～150MPa，烧结时间12h,为使陶瓷坯体致密化。
2.根据权利要求1所述的一种基于光固化成型工艺的陶瓷增材方法，其特征在于：所述步骤1中丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、硅溶胶和甘油的比例为2.7～2.9：0.1～0.3：6：1。
3.根据权利要求1所述的一种基于光固化成型工艺的陶瓷增材方法，其特征在于：所述步骤2中陶瓷粉末、聚丙烯酸钠和预混液的比例为：5.5～6.5：1～2：2.5～3。

说明书全文

一种基于光固化成型工艺的陶瓷增材方法

技术领域

[0001] 本发明涉及陶瓷成型工艺技术领域，具体为一种基于光固化成型工艺的陶瓷增材方法。

背景技术

[0002] 陶瓷增材制造实际上是利用增材制造设备对陶瓷粉体或浆料等进行直接或间接成型的技术。直接加工技术包括采用高能束(如激光)直接选择性熔化陶瓷粉末实现逐层成型即激光选区熔融和陶瓷浆料经立体光固化或自由挤出成型素坯等。直接加工工艺的效率较高。间接加工工艺可采用的增材制造工艺方法较多,例如激光选区烧结、三维打印、立体光固化(SLA)、自由挤出成型(EFF)等,分别以粉末、浆料、泥坯等形态的原材料制造出陶瓷素坯,经后续烧结工艺实现陶瓷零件的制造。

[0003] 光固化成型是陶瓷增材制造工艺中的一种，由CAD数字模型直接制成原型,加工速度快,产品生产周期短,无需切削工具与模具，可以加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具，可联机操作,可远程控制,利于生产的自动化，但由于需要CAD数字模型才能制造，而前期建模的时间较长影响整体制造效率，因此市场急需研制一种基于光固化成型工艺的陶瓷增材方法来帮助人们解决现有的问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种基于光固化成型工艺的陶瓷增材方法，以解决上述提出的由于需要CAD数字模型才能制造，而前期建模的时间较长影响整体制造效率的问题。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于光固化成型工艺的陶瓷增材方法，包括以下步骤：

[0006] 步骤1：将需要制作的陶瓷增材分为两类，一类为已有实际样品的增材，另一类为未有实际样品的增材；

[0007] 步骤2：运用三维扫描仪对第一类的实际样品进行扫描从而实现快速建模，没有实际样品的重新进行建模；

[0008] 步骤3：将丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺按照比例加入硅溶胶和甘油混合而成的溶液中，进行搅拌，搅拌时间为5m,搅拌转速为1000rpm，得到预混液；

[0009] 步骤4：然后将陶瓷粉末和聚丙烯酸钠缓缓加入上述预混液中,然后将陶瓷浆料进行球磨,得到分散均匀的陶瓷浆料；

[0010] 步骤5：将陶瓷浆料加入光固化成型机树脂槽中。将经过处理的CAD模型数据转化为STL文件格式,用分层软件将模型沿Z向(高度方向)离散成一系列二维层片,得到各层截面的二维轮廓信息；

[0011] 步骤6：成型开始时,将激光束汇聚成直径0.2mm的光斑。依靠反光振镜的运动,引导激光束在XY平面扣描。陶瓷浆料在紫外光照射下迅速发生光聚合反应并从液态变成固态，工作平台处于液面以上,聚焦光斑在液面上按指令逐点扫描。当前层打描完成后,未被照射的区域仍是陶瓷浆料。扫描的轨迹及光线的有无均由计算机控制,光点照射的区域瞬间固化。完成一层扫描后,工作平台沉入液面下并再回位,己成型的表面上又覆盖新的一层陶瓷浆料,刮板将粘度较大的浆料液面刮平,然后再进行扫描,新固化层牢固地粘在前层上,如此重复直到整个陶瓷素坯增材制造完毕；

[0012] 步骤7：利用红外辐射进行干燥，均匀去除陶瓷素坯中的部分水分,保证陶瓷素坯不产生翘曲变形，红外温度为75℃～80℃,辐射时间为10m；

[0013] 步骤8：将陶瓷素坯中作为粘接剂的有机聚合物在250～400℃中去除,进行热等静压烧结，烧结温度为1320℃～1400℃,压力为80～150MPa，烧结时间12h,为使陶瓷坯体致密化。

[0014] 优选的，所述步骤1中丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、硅溶胶和甘油的比例为2.7～2.9：0.1～0.3：6：1。

[0015] 优选的，所述步骤2中陶瓷粉末、聚丙烯酸钠和预混液的比例为：5.5～6.5：1～2：2.5～3。

[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0017] 1.本发明通过将陶瓷增材分成两类，将有样品的陶瓷增材之间通过三维扫描仪进行扫描建模，大大的缩短了建模的时间，从而减少了人工建模时细节参数的误差，让建模更加的精准，解决了需要CAD数字模型才能制造，而前期建模的时间较长影响整体制造效率的问题。

[0018] 2.本发明通过红外辐射进行干燥，光线的穿透力强，干燥均匀，干燥时间短，提高干燥效率，干燥质量高、同时节省能源的消耗，应用广泛。

具体实施方式

[0019] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0020] 本发明提供的一种实施例：一种基于光固化成型工艺的陶瓷增材方法，包括以下步骤：

[0021] 步骤1：将需要制作的陶瓷增材分为两类，一类为已有实际样品的增材，另一类为未有实际样品的增材；

[0022] 步骤2：运用三维扫描仪对第一类的实际样品进行扫描从而实现快速建模，没有实际样品的重新进行建模；

[0023] 步骤3：将丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺按照比例加入硅溶胶和甘油混合而成的溶液中，进行搅拌，搅拌时间为5m,搅拌转速为1000rpm，得到预混液；

[0024] 步骤4：然后将陶瓷粉末和聚丙烯酸钠缓缓加入上述预混液中,然后将陶瓷浆料进行球磨,得到分散均匀的陶瓷浆料；

[0025] 步骤5：将陶瓷浆料加入光固化成型机树脂槽中。将经过处理的CAD模型数据转化为STL文件格式,用分层软件将模型沿Z向(高度方向)离散成一系列二维层片,得到各层截面的二维轮廓信息；

[0026] 步骤6：成型开始时,将激光束汇聚成直径0.2mm的光斑。依靠反光振镜的运动,引导激光束在XY平面扣描。陶瓷浆料在紫外光照射下迅速发生光聚合反应并从液态变成固态，工作平台处于液面以上,聚焦光斑在液面上按指令逐点扫描。当前层打描完成后,未被照射的区域仍是陶瓷浆料。扫描的轨迹及光线的有无均由计算机控制,光点照射的区域瞬间固化。完成一层扫描后,工作平台沉入液面下并再回位,己成型的表面上又覆盖新的一层陶瓷浆料,刮板将粘度较大的浆料液面刮平,然后再进行扫描,新固化层牢固地粘在前层上,如此重复直到整个陶瓷素坯增材制造完毕；

[0027] 步骤7：利用红外辐射进行干燥，均匀去除陶瓷素坯中的部分水分,保证陶瓷素坯不产生翘曲变形，红外温度为75℃～80℃,辐射时间为10m；

[0028] 步骤8：将陶瓷素坯中作为粘接剂的有机聚合物在250～400℃中去除,进行热等静压烧结，烧结温度为1320℃～1400℃,压力为80～150MPa，烧结时间12h,为使陶瓷坯体致密化。

[0029] 进一步，步骤1中丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、硅溶胶和甘油的比例为2.7～2.9：0.1～0.3：6：1。

[0030] 进一步，步骤2中陶瓷粉末、聚丙烯酸钠和预混液的比例为：5.5～6.5：1～2：2.5～3。

[0031] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

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