一种可以实现陶瓷零件坯体精密成形的3D打印机及方法技术

本发明专利技术公开了一种可以实现陶瓷零件坯体精密成形的3D打印机及方法，它解决了现有技术中浆料涂抹均匀性差、精度低的问题，具有提高陶瓷零件3D打印的精度的有益效果，其方案如下：打印机包括用于接收浆料的成型平台；铺料机构，铺料机构包括铺料筒单元，铺料筒单元包括铺料筒，铺料筒内设置可旋转的挤料丝杠，铺料筒底部设置朝向成型平台的出口；设于成型平台两侧的水平移动机构，水平移动机构之间设置刮料板，刮料板设于铺料筒的下方或者铺料筒的下侧方，铺料筒的两侧分别设于水平移动机构以带动铺料筒的水平运动，并通过铺料筒的移动带动刮料板协同完成铺料、刮平动作。

3D printer and method capable of realizing precise forming of ceramic parts blank

The invention discloses a 3D printer and a method can realize the precision forming of ceramic parts of body, which solves the problems existing in the technology of slurry smear of low accuracy and poor uniformity, can improve the beneficial effect of ceramic parts 3D printing precision, the plan is as follows: the printer includes a platform receives the slurry for molding material; institutions, paving paving mechanism comprises a cylinder unit, Pu cylinder unit includes material cylinder, cylinder set paving material extrusion screw, barrel bottom paving material disposed toward the forming platform outlet; the horizontal moving mechanism in forming platform on both sides of the scraping plate is arranged between the horizontal moving mechanism under lateral scraping. A tube or plate paving material barrel, the barrel of the shop on both sides are respectively arranged in the horizontal movement mechanism in order to promote the level of sports shop barrel, and move through the shop barrel scraping drive The plate cooperate to finish the laying and scraping operations.

【技术实现步骤摘要】
一种可以实现陶瓷零件坯体精密成形的3D打印机及方法
本专利技术涉及3D打印
，特别是涉及一种可以实现陶瓷零件坯体精密成形的3D打印机及方法，3D打印成形后的陶瓷坯体经过烧结后即可获得高强度的具有复杂结构的陶瓷零件。
技术介绍
陶瓷材料凭借其机械强度优良、生物相容性好、高温性能稳定等特点，被广泛应用于机械加工、生物医学、航空航天等领域。但是，目前传统的制造工艺已经无法满足实际生产过程中对复杂形状陶瓷零件的需求。同时陶瓷材料固有的脆性、硬度高等特征又导致其难以如金属般进行精密、高效的减材加工。而基于光固化原理(StereoLithographyAppearance,SLA)的陶瓷3D打印技术有望克服以上困难，实现复杂形状陶瓷零件的制备成型。光固化陶瓷3D打印以光敏特性陶瓷浆料为原料，以紫外激光器为触发光源，层层固化浆料制作胚体；然后胚体经过脱脂、烧结等工艺得到所需的陶瓷零件。基于光固化原理的陶瓷3D打印技术以层层叠加的模式完成零件胚体的制造，因此层厚的大小与均匀性对零件的精密性起到重要作用。比如，以3D打印技术制做球面形貌，铺层厚度越小就会使球面梯度现象越弱，从而大大提高其表面成型精度。但是，光敏特性陶瓷浆料较高的粘度特性(～3000mPa·s)，导致浆料每层涂铺的过程难以保证液面的均匀一致性，尤其在要求层厚极小(10μm～500μm)的精密制造过程中。粘性浆料涂铺的不均匀性会大大降低陶瓷胚体的成形的精度，进而降低烧结后陶瓷零件的精密性。现有技术中有3D打印机，但是其原料均仅限于低粘度的光敏树脂材料，无法实现高粘度陶瓷浆料的固化成型；设备均基于SLA原理，适用于陶瓷胚体的3D成形，但是都未对每层浆料涂铺均匀性、涂铺厚度等精度问题做出相应的设计与报道。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种可以实现陶瓷零件坯体精密成形的3D打印机，通过该打印机可实现层厚(10μm～500μm)的精确控制，实现浆料每层铺设的均匀一致性，最终获得高精密及强度的复杂形状陶瓷零件。一种可以实现陶瓷零件坯体精密成形的3D打印机的具体方案如下：一种可以实现陶瓷零件坯体精密成形的3D打印机，包括：用于接收浆料的成型平台；成型平台底部设置可带动成型平台上下移动的平台升降机构；铺料机构，铺料机构包括铺料筒单元，铺料筒单元包括铺料筒，铺料筒内设置可旋转的挤料丝杠，铺料筒底部设置朝向成型平台的出口；设于成型平台两侧的水平移动机构，水平移动机构之间设置刮料板，刮料板设于铺料筒的下方或者铺料筒的下侧方，铺料筒的两侧分别设于水平移动机构以带动铺料筒的水平运动，并通过铺料筒的移动带动刮料板协同完成铺料、刮平动作；刮料板速度可实现0～100mm/s范围内的精确调节；控制器，控制器与铺料机构、水平移动机构分别单独连接，控制器包括传感反馈单元和机械运动控制单元，机械运动控制单元控制水平移动机构和铺料机构的动作。上述的打印机还包括激光扫描机构，激光扫描机构包括激光器和扫描振镜组件，激光器发射的激光通过扫描振镜组件后投射到成型平台上对零件的每一层进行轮廓扫描固化，激光器波长355nm～405nm。所述铺料机构还包括供料单元，供料单元包括供料桶，供料桶与铺料筒的进料口连接，进料口设于铺料筒顶部一侧，供料桶顶部设置挤压头，挤压头与电动推缸连接，电动推缸一端通过升降支架与供料桶连接，电动推缸另一端设置挤压头，挤压头呈锥体形状，电动推缸伸出，通过挤压头将浆料从供料桶底部通过软管送入到铺料筒的进料口内，供料桶竖直设置，且铺料筒水平设置，铺料筒、供料桶和余料回收桶均方便拆卸，且供料桶与余料回收桶可实现相互替换。所述供料桶通过支架固定于光学平台，支架固定供料桶的顶部和底部，光学平台通过机体支撑设于所述成型平台的两侧。所述平台升降机构包括两组竖直线性模组，在两组竖直线性模组之间设置第一驱动电机，第一驱动电机通过啮合齿轮带动竖直线性模组上下移动，竖直线性模组设于成型平台的下部，且设于机体的中部，竖直线性模组通过竖直支架与光学平台连接。在竖直线性模组上设置格栅尺，成型平台上设置磁头，磁头与格栅尺配合用于检测成型平台的高度，液位检测结果经传感反馈单元传输给控制器，进而控制水平移动机构和平台升降机构进行相应的修正、补偿行为，实现陶瓷浆料液位的在线监测和智能补偿，格栅尺也可以替换为其他高度测量装置。所述成型平台上设置残料回收槽，残料回收槽底部通过导管与余料回收桶进行连接，残料储料筒同样设于光学平台的下部。所述挤料丝杠通过联轴器与第二驱动电机连接；进一步地，水平移动机构为水平线性模组，水平线性模组与第三驱动电机连接。所述刮料板与成型平台平行，进一步的，刮料板工作端即下表面应水平贴于浆料表面；且所述光学平台的高度可调节，通过调节其高度，实现刮料板与成型平台之间平行位置关系的微调。为了克服现有技术的不足，本专利技术还提供了一种可以实现陶瓷零件坯体精密成形的3D打印机的使用方法，步骤如下：1)将零件信息输入控制器，铺料机构回到成型平台右侧原点，成型平台下降一个层厚；2)根据控制器的控制，铺料机构在挤料丝杠的运转下，将浆料在铺料筒中分布均匀；3)水平移动机构带动铺料筒和刮料板向左侧运动，同时，浆料通过铺料筒出口在成型平台上铺设浆料；4)激光器发射的激光通过扫描振镜组件后投射到成型平台上对零件的每一层进行轮廓扫描固化；5)水平移动机构移动，通过刮料板将多余的浆料送至回收槽；6)在步骤5)结束后，平台升降机构下降一个层厚，水平移动机构带动铺料机构回到原位；7)铺料筒重复步骤2)-步骤6)。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术结构合理，自动化程度高，3D打印精度好，对解决复杂形状陶瓷零件制造难题具有重要的意义。2)本专利技术的成型平台通过伺服电机与线性模组实现升降，运动精度高，并且设有磁栅尺，有利于实现零件制造方向的高度检测与补偿。3)本专利技术的成型平台通过伺服电机与线性模组实现水平方向的刮料运动，并且运动速度可调范围大，根据粘性流体的“剪切变稀”行为，这有利于实现不同粘度浆料的铺层，对本专利技术实现不同种类陶瓷浆料的固化成型具有重要意义。4)本专利技术通过铺料筒单元和供料单元可以实现浆料的按需供给，有利于实现每层浆料的均匀铺设，而回收单元则有利于浆料的自动回收和再次利用。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1陶瓷坯体3D成形打印机整体结构示意图；图2铺料筒单元结构示意图；图3陶瓷坯体3D成形打印机硬件系统原理图；图中：1成型平台，2第一驱动机构，3啮合齿轮，4竖直线性模组，5磁栅尺，6铺料筒，7刮料板，8第二驱动机构，9联轴器，10挤压丝杠，11铺料筒进料口，12水平线性模组，13第三驱动机构，14同步带，15齿轮，16光学平台，17机体，18供料桶，19挤压头，20电动推杠，21激光器，22振镜系统，23残料回收槽，24导管，25储料桶。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可以实现陶瓷零件坯体精密成形的3D打印机，其特征在于，包括：用于接收浆料的成型平台；成型平台底部设置可带动成型平台上下移动的平台升降机构；铺料机构，铺料机构包括铺料筒单元，铺料筒单元包括铺料筒，铺料筒内设置可旋转的挤料丝杠，铺料筒底部设置朝向成型平台的出口；设于成型平台两侧的水平移动机构，水平移动机构之间设置刮料板，刮料板设于铺料筒的下方或者铺料筒的下侧方，铺料筒的两侧分别设于水平移动机构以带动铺料筒的水平运动，并通过铺料筒的移动带动刮料板铺平浆料；控制器，控制器与铺料机构、水平移动机构分别单独连接。

【技术特征摘要】
1.一种可以实现陶瓷零件坯体精密成形的3D打印机，其特征在于，包括：用于接收浆料的成型平台；成型平台底部设置可带动成型平台上下移动的平台升降机构；铺料机构，铺料机构包括铺料筒单元，铺料筒单元包括铺料筒，铺料筒内设置可旋转的挤料丝杠，铺料筒底部设置朝向成型平台的出口；设于成型平台两侧的水平移动机构，水平移动机构之间设置刮料板，刮料板设于铺料筒的下方或者铺料筒的下侧方，铺料筒的两侧分别设于水平移动机构以带动铺料筒的水平运动，并通过铺料筒的移动带动刮料板铺平浆料；控制器，控制器与铺料机构、水平移动机构分别单独连接。2.根据权利要求1所述的一种可以实现陶瓷零件坯体精密成形的3D打印机，其特征在于，还包括激光扫描机构，激光扫描机构包括激光器和扫描振镜组件，激光器发射的激光通过扫描振镜组件后投射到成型平台上对零件的每一层进行轮廓扫描固化。3.根据权利要求1所述的一种可以实现陶瓷零件坯体精密成形的3D打印机，其特征在于，所述铺料机构还包括供料单元，供料单元包括供料桶，供料桶与铺料筒的进料口连接，供料桶顶部设置挤压头，挤压头与电动推缸连接。4.根据权利要求3所述的一种可以实现陶瓷零件坯体精密成形的3D打印机，其特征在于，所述供料桶通过支架固定于光学平台，光学平台通过机体支撑设于所述成型平台的两侧。5.根据权利要求1所述的一种可以实现陶瓷零件坯体精密成形的3D打印机，其特征在于，所述平台升降机构包括两组竖直线性模组，在两组竖直线性模组之间设置第一驱动电机，第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹斌，邢宏宇，郭鹏，付祥松，王鹏，黄传真，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37