一种连续面曝光陶瓷3D打印装置及其工作方法制造方法及图纸

本公开公开一种连续面曝光陶瓷3D打印装置及其工作方法，打印前，原料供给单元将陶瓷浆料灌入窗口盒内；水泵将第一浆料槽内的陶瓷浆料抽出后，通过第二浆料输送管道输入到第二浆料槽内，第二浆料槽内的陶瓷浆料通过第二浆料输送管道流入到窗口盒的储液槽内，窗口盒的储液槽内的陶瓷浆料通过第一浆料输送管道流入到第一浆料槽内，通过水泵实现陶瓷浆料在第一浆料槽、储液槽和第二浆料槽内陶瓷浆料的循环流动；采用连续面曝光技术，实现陶瓷3D打印的连续成型，实现连续打印。

A 3D Printing Device for Continuous Exposure Ceramics and Its Working Method

The present disclosure discloses a continuous exposure ceramic 3D printing device and its working method. Before printing, the raw material supply unit fills the ceramic slurry into the window box; after pumping out the ceramic slurry in the first slurry tank, the ceramic slurry in the second slurry tank is fed into the second slurry tank through the second slurry transmission pipeline, and the ceramic slurry in the second slurry tank is fed into the storage liquid of the window box through the second slurry transmission pipeline. In the tank, the ceramic slurry in the storage tank of the window box is flowed into the first slurry tank through the first slurry conveying pipeline, and the circulating flow of ceramic slurry in the first slurry tank, the storage tank and the second slurry tank is realized by water pump. The continuous surface exposure technology is used to realize the continuous forming of ceramic 3D printing and realize the continuous printing.

【技术实现步骤摘要】
一种连续面曝光陶瓷3D打印装置及其工作方法
本公开涉及一种连续面曝光陶瓷3D打印装置及其工作方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐高温、耐氧化、耐腐蚀、化学性能稳定和轻质(低密度)等突出优点，在航空航天、生物医疗、汽车、电、能源、国防等诸多领域有着广泛的应用。然而传统的陶瓷成型技术面临加工困难(尤其是复杂集合形状结构成型更为困难)、制造周期长、生产成本高等不足和局限性，制约着陶瓷零件更为广泛的应用。相比于传统的陶瓷成型工艺，陶瓷3D打印技术具有以下显著的优势：(1)无需原坯和模具，生产周期短，制造成本低；(2)制造精度高；(3)可实现几乎任意形状复杂结构成型，突破了传统工艺制造几何形状的约束；(4)适合个性化定制和单件小批量生产；(5)成型材料种类广泛，如氧化锆、氧化铝、磷酸三钙、碳化硅、碳硅化钛、陶瓷前驱体、陶瓷基复合材料等。此外，在微小零件3D打印、陶瓷/金属复合材料和功能梯度材料方面，以及材料-结构-功能一体化打印方面还具有独特的优势。陶瓷3D打印技术根据使用陶瓷材料的不同和使用用途的不同，目前已有十几种陶瓷3D成型工艺。陶瓷3D打印技术主要分为：立体光固化成型(SLA)；选择性激光烧结(SLS)；喷墨打印成型(IJP)；三维打印成型(3DP)；直写自由成型(DIW)；熔融沉积成型(FDC)；叠层实体制造(LOM)。其中，光固化成型技术主要有逐点扫描式光固化和面曝光固化，但是都面临打印分层的问题，这不仅影响成型件的表面质量，而且也导致成型件存在各向异性等问题。再者光固化3D打印技术的打印材料主要为液态材料，都存在液态材料对于固化区域填充的问题。尤其是面曝光光固化技术，对于粘度过高的打印材料，必须加入刮板装置，这增加了零件的成型时间和打印装置的复杂程度，因此大大延长整体的打印时间。因此，现有的各种陶瓷3D打印技术仍然面临以下挑战性难题：打印效率低；逐层打印致使成型零件存在各项异性,导致后续烧结过程中易于出现裂纹、变形等缺陷，严重影响打印件的质量和精度。迫切需要开发新的工艺和技术。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种连续面曝光陶瓷3D打印装置、方法及陶瓷浆料，结合了窗口盒的复合富氧膜、液面辅助施压模块、浆料循环模块、特定配制的陶瓷浆料以及配套的循环搅拌装置，可以有效实现①死区含氧量的提高，②更大质量和更大粘度浆料的适应，③死区和固化液面间的浆料快速补给。从而可以针对多种类型陶瓷粉在多种固相含量下进行大尺寸、任意形状成形件低成本、高效连续打印。第一方面，本公开提供了一种连续面曝光陶瓷3D打印装置；一种连续面曝光陶瓷3D打印装置，包括：机箱本体，所述机箱本体由中间隔板分为上腔室和下腔室，所述下腔室设有成像模块，所述上腔室设有窗口盒、陶瓷浆料循环输送模块、供氧冷却模块和液压辅助施压模块，所述窗口盒和供氧冷却模块均固定安装在中间隔板上，所述供氧冷却模块设置在窗口盒的正下方，所述成像装置设置在所述窗口盒的正下方，所述窗口盒的正上方设有打印平台，所述打印平台安装在Z向工作台上，所述窗口盒与原料供给单元连接；所述窗口盒设有储液槽；所述陶瓷浆料循环输送模块，包括：第一浆料槽，第一浆料槽设置在窗口盒的一侧，所述第一浆料槽的输入口通过第一浆料输送管道与窗口盒连接，第一浆料槽的输出口通过管道与水泵的输入端连接；所述第一浆料槽内安装搅拌装置；水泵的输出端通过第三浆料输送管道与第二浆料槽的输入口连接，第二浆料槽设置在窗口盒的另外一侧，第二浆料槽的输出口通过第二浆料输送管道与窗口盒连接；所述窗口盒还与原料供给单元连接；打印前，原料供给单元将陶瓷浆料灌入窗口盒内；水泵将第一浆料槽内的陶瓷浆料抽出后，通过第二浆料输送管道输入到第二浆料槽内，第二浆料槽内的陶瓷浆料通过第二浆料输送管道流入到窗口盒的储液槽内，窗口盒的储液槽内的陶瓷浆料通过第一浆料输送管道流入到第一浆料槽内，通过水泵实现陶瓷浆料在第一浆料槽、储液槽和第二浆料槽内陶瓷浆料的循环流动，其中流速范围为0.5～1.5ml/min。采用连续面曝光技术，实现陶瓷3D打印的连续成型；基本原理：利用氧气阻聚的效应，氧气透过窗口盒与陶瓷浆料底部液面接触，形成一层不能被紫外线固化的区域，称为“死区”；而紫外线透射通过死区，在死区上方继续产生光聚合作用，同时避免了固化的陶瓷浆料与底部窗口的粘连；紫外线连续照射陶瓷浆料，打印平台连续上升，实现连续打印。第二方面，本公开还提供了一种连续面曝光陶瓷3D打印方法；一种连续面曝光陶瓷3D打印方法，包括：陶瓷浆料配制步骤：先用无水乙醇、表面改性剂和陶瓷粉配制表面改性陶瓷粉；再配制有机混合物溶液步骤；然后向有机混合物溶液中分批加入表面改性陶瓷粉配制自由基型树脂基氧化铝陶瓷浆料；最后将陶瓷浆料加入原料供给单元；陶瓷浆料动态平衡步骤：原料供给单元将陶瓷浆料灌入窗口盒内；水泵将第一浆料槽内的陶瓷浆料抽出后，通过第二浆料输送管道输入到第二浆料槽内，第二浆料槽内的陶瓷浆料通过第二浆料输送管道流入到窗口盒的储液槽内，窗口盒的储液槽内的陶瓷浆料通过第一浆料输送管道流入到第一浆料槽内，通过水泵实现陶瓷浆料在第一浆料槽、储液槽和第二浆料槽内陶瓷浆料的循环流动，其中流速范围为0.5～1.5ml/min；打印步骤：Z向工作台带动打印平台向下运动到初始工作位置，打印平台浸入到陶瓷浆料中，且打印平台与窗口盒中的复合富氧膜保持设定距离；上位机将投影图像连续投影到成型窗口，利用氧气阻聚的效应，氧气透过窗口盒与陶瓷浆料底部液面接触，形成一层不能被紫外线固化的区域，称为“死区”；而紫外线透射通过死区，在死区上方继续产生光聚合作用，同时避免了固化的陶瓷浆料与底部窗口的粘连，最终投影到打印平台的基板上，陶瓷浆料固化并粘结于打印平台的基板上；投影图像随着打印平台的上升而做出相应的变换，紫外线连续照射陶瓷浆料，光固化陶瓷浆料持续在已固化区域连续固化，打印平台连续上升，实现连续打印；直至光固化作业完成。进一步地，光固化作业完成后，还包括后处理步骤：清洗干燥：将陶瓷素坯取出，用无水乙醇清除素坯表面未固化的陶瓷浆料，将陶瓷素坯放入30-60℃的真空干燥箱中进行2-4小时的干燥；后固化：将清洗干燥好的陶瓷素坯放入UV固化箱进行1-3h后固化，紫外波长365-405nm；脱脂烧结：将处理好的素坯件放入脱脂烧结炉进行脱脂烧结，按照不同材质的陶瓷浆料进行工艺路线选择；表面处理：将烧结完成的陶瓷件表面通过打磨进行表面处理。进一步地，先用无水乙醇、表面改性剂和陶瓷粉配制表面改性陶瓷粉，具体步骤：先用无水乙醇和表面改性剂配制体积百分比为2％～10％浓度的混合溶液，再以体积比为4:1～8:1比例将陶瓷粉加入该混合溶液，在40℃～50℃的温度下磁力搅拌7～10h，过滤干燥得到表面改性陶瓷粉；进一步地，配制有机混合物溶液的具体步骤：将自由基型光敏树脂与聚丙烯酸PAA配制体积比为0.5％～1％有机混合物溶液；进一步地，向有机混合物溶液中分批加入表面改性陶瓷粉配制自由基型树脂基氧化铝陶瓷浆料的具体步骤：采用有机混合物溶液作为溶剂，向有机混合物溶液中分批加入表面改性陶瓷粉，添加体积百分比为30％～55％，同时辅以高速搅拌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续面曝光陶瓷3D打印装置，其特征是，包括：机箱本体，所述机箱本体由中间隔板分为上腔室和下腔室，所述下腔室设有成像模块，所述上腔室设有窗口盒、陶瓷浆料循环输送模块、供氧冷却模块和液压辅助施压模块，所述窗口盒和供氧冷却模块均固定安装在中间隔板上，所述供氧冷却模块设置在窗口盒的正下方，所述成像装置设置在所述窗口盒的正下方，所述窗口盒的正上方设有打印平台，所述打印平台安装在Z向工作台上，所述窗口盒与原料供给单元连接；所述窗口盒设有储液槽；所述陶瓷浆料循环输送模块，包括：第一浆料槽，第一浆料槽设置在窗口盒的一侧，所述第一浆料槽的输入口通过第一浆料输送管道与窗口盒连接，第一浆料槽的输出口通过管道与水泵的输入端连接；所述第一浆料槽内安装搅拌装置；水泵的输出端通过第三浆料输送管道与第二浆料槽的输入口连接，第二浆料槽设置在窗口盒的另外一侧，第二浆料槽的输出口通过第二浆料输送管道与窗口盒连接；所述窗口盒还与原料供给单元连接；打印前，原料供给单元将陶瓷浆料灌入窗口盒内；水泵将第一浆料槽内的陶瓷浆料抽出后，通过第二浆料输送管道输入到第二浆料槽内，第二浆料槽内的陶瓷浆料通过第二浆料输送管道流入到窗口盒的储液槽内，窗口盒的储液槽内的陶瓷浆料通过第一浆料输送管道流入到第一浆料槽内，通过水泵实现陶瓷浆料在第一浆料槽、储液槽和第二浆料槽内陶瓷浆料的循环流动。...

【技术特征摘要】
1.一种连续面曝光陶瓷3D打印装置，其特征是，包括：机箱本体，所述机箱本体由中间隔板分为上腔室和下腔室，所述下腔室设有成像模块，所述上腔室设有窗口盒、陶瓷浆料循环输送模块、供氧冷却模块和液压辅助施压模块，所述窗口盒和供氧冷却模块均固定安装在中间隔板上，所述供氧冷却模块设置在窗口盒的正下方，所述成像装置设置在所述窗口盒的正下方，所述窗口盒的正上方设有打印平台，所述打印平台安装在Z向工作台上，所述窗口盒与原料供给单元连接；所述窗口盒设有储液槽；所述陶瓷浆料循环输送模块，包括：第一浆料槽，第一浆料槽设置在窗口盒的一侧，所述第一浆料槽的输入口通过第一浆料输送管道与窗口盒连接，第一浆料槽的输出口通过管道与水泵的输入端连接；所述第一浆料槽内安装搅拌装置；水泵的输出端通过第三浆料输送管道与第二浆料槽的输入口连接，第二浆料槽设置在窗口盒的另外一侧，第二浆料槽的输出口通过第二浆料输送管道与窗口盒连接；所述窗口盒还与原料供给单元连接；打印前，原料供给单元将陶瓷浆料灌入窗口盒内；水泵将第一浆料槽内的陶瓷浆料抽出后，通过第二浆料输送管道输入到第二浆料槽内，第二浆料槽内的陶瓷浆料通过第二浆料输送管道流入到窗口盒的储液槽内，窗口盒的储液槽内的陶瓷浆料通过第一浆料输送管道流入到第一浆料槽内，通过水泵实现陶瓷浆料在第一浆料槽、储液槽和第二浆料槽内陶瓷浆料的循环流动。2.如权利要求1所述的装置，其特征是，采用连续面曝光技术，实现陶瓷3D打印的连续成型；基本原理：利用氧气阻聚的效应，氧气透过窗口盒与陶瓷浆料底部液面接触，形成一层不能被紫外线固化的区域，称为“死区”；而紫外线透射通过死区，在死区上方继续产生光聚合作用，同时避免了固化的陶瓷浆料与底部窗口的粘连；紫外线连续照射陶瓷浆料，打印平台连续上升，实现连续打印。3.一种连续面曝光陶瓷3D打印方法，其特征是，包括：陶瓷浆料配制步骤：先用无水乙醇、表面改性剂和陶瓷粉配制表面改性陶瓷粉；再配制有机混合物溶液；然后向有机混合物溶液中分批加入表面改性陶瓷粉配制自由基型树脂基氧化锆陶瓷浆料；最后将陶瓷浆料加入原料供给单元；陶瓷浆料动态平衡步骤：原料供给单元将陶瓷浆料灌入窗口盒内；水泵将第一浆料槽内的陶瓷浆料抽出后，通过第二浆料输送管道输入到第二浆料槽内，第二浆料槽内的陶瓷浆料通过第二浆料输送管道流入到窗口盒的储液槽内，窗口盒的储液槽内的陶瓷浆料通过第一浆料输送管道流入到第一浆料槽内，通过水泵实现陶瓷浆料在第一浆料槽、储液槽和第二浆料槽内陶瓷浆料的循环流动；打印步骤：Z向工作台带动打印平台向下运动到初始工作位置，打印平台浸入到陶瓷浆料中，且打印平台与窗口...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广明，蒋进，兰红波，王赫，王智，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37