一种复合透明膜，其制备方法及基于其的连续光固化3D打印陶瓷方法技术

本发明专利技术公开了一种复合透明膜，其制备方法及基于其的连续光固化3D打印陶瓷方法，选用二氧化硅微球和PDMS混合制膜，在此膜上利用二氧化硅制作形成疏水层，结合特定优化的参数，使其更适合连续光固化3D打印陶瓷，实现了陶瓷浆料的连续打印，解决了现有陶瓷3D打印方法得到的打印件分层问题，提高了打印精度，降低了打印成本。印成本。印成本。

【技术实现步骤摘要】
一种复合透明膜，其制备方法及基于其的连续光固化3D打印陶瓷方法


[0001]本专利技术涉及3D打印领域，尤其涉及一种复合透明膜，其制备方法及基于其的连续光固化3D打印陶瓷方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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；选择性激光烧结；喷墨打印成型；三维打印成型(3DP)；直写自由成型；熔融沉积成型；叠层实体制造。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，现有的各种光固化陶瓷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。
[0004]申请号为201910090004.6的专利中公开了一种连续面曝光陶瓷3D打印装置及其工作方法，其使用了一种复合富氧膜在陶瓷浆料中形成死区，但是这种复合富氧膜所使用的PET多孔膜中的微米孔会严重影响透光率，因此导致光源穿透性下降，影响打印质量。
[0005]因此，亟需一种复合透明膜来改善上述问题，实现陶瓷的连续3D打印。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种复合透明膜，其制备方法及基于其的连续光固化3D打印陶瓷方法，
①
增强复合透明膜的强度，适应更大质量的浆料的打印；
②
延长复合膜的使用寿命，从而可以针对多种类型陶瓷粉进行大尺寸、任意形状成形件低成本、高效连续打印。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述技术方案予以实现：
[0008]在本申请的一些实施例中，一种连续光固化3D打印陶瓷用复合透明膜的制备方法，
[0009]操作步骤如下：
[0010]⑤
取粒径为200nm左右的球状SiO2颗粒与道康宁PDMS预混液，SiO2质量占比为10％
‑
40％，以200r/min
‑
300r/min搅拌2
‑
5min；
[0011]②
将上述混合溶液放入超声波清洗机中混合15
‑
20min；
[0012]③
静置冷却后加入PDMS固化剂，固化剂与PDMS预混液质量比为1/10
‑
1/8，以200r/min
‑
300r/min搅拌3
‑
5min；
[0013]③
在0
‑
8℃温度中静置12
‑
24h，直至完全没有气泡；
[0014]④
利用数控雕刻机，以80
‑
100℃的底板加热、30
‑
50Kpa的气压、320
‑
400mm/s将混合溶液打印成膜；
[0015]⑤
将打印所得膜置于干燥箱中干燥；
[0016]⑥
将完全固化的SiO2/PDMS混合膜浸入装满SiO2悬浮液的容器中，其中悬浮液中SiO2粒径为2
‑
5μm，利用提拉机器以1
‑
8mm/s匀速竖直向上提拉；
[0017]⑧
将上述复合膜置于200
‑
250℃中加热60
‑
80h；
[0018]⑨
用旋涂机将光刻胶SU
‑
8基环氧树脂旋涂在复合膜表面SiO2缝隙中，转速2500
‑
3500r/min、旋涂时间30
‑
60s，再用有机溶剂清洗表面残留的光刻胶；
[0019]⑩
用紫外固化灯对表面的光刻胶进行固化，时间1
‑
3min；
[0020]将上述复合膜置于氢氟酸溶液中蚀刻5
‑
15min去除表面SiO2，用酒精彻底清洗，干燥箱干燥。
[0021]在本申请的一些实施例中，所述步骤中氢氟酸溶液的浓度2
‑
5vol％
[0022]在本申请的一些实施例中，所述步骤
⑥
中干燥的温度为80
‑
100℃，干燥时间为2
‑
3h；所述步骤中干燥箱干燥温度60
‑
80℃，干燥时间2
‑
5h。
[0023]在本申请的一些实施例中，最终所得的复合透明膜厚度50
‑
100μm，并且氧气透过效率在50barrer以上，紫外光透过率不低于80％，强度不低于20kPa。
[0024]在本申请的一些实施例中，所述数控雕刻机为晶研CNC3040数控雕刻机；所述超声波清洗机为歌能DL
‑
3150超声波清洗机。
[0025]在本申请的一些实施例中，基于该复合透明膜的连续光固化3D打印陶瓷装置，包括工作台和底座，工作台自上而下包括打印平台、储料盒、复合透明膜、供氧冷却模块、数字光模块。
[0026]在本申请的一些实施例中，一种基于该复合透明膜的连续光固化3D打印陶瓷方法，包括以下步骤：
[0027]⑦
在储料槽中倒入配制好的陶瓷浆料；
[0028]⑥
控制打印平台的底部停在复合透明膜的上方20
‑
30μm，浆料没过平台底部；
[0029]⑦
通入冷却氧气；
[0030]⑧
打开光源，使得事先处理好的图像投影在复合透明膜上；
[0031]⑤
10
‑
15s后控制打印平台以不超过400mm/h匀速向上移动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续光固化3D打印陶瓷用复合透明膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
①
取粒径约为200nm左右的球状SiO2颗粒与道康宁PDMS预混液，SiO2质量占比为10％
‑
40％，以200r/min
‑
300r/min搅拌2
‑
5min；
②
将上述混合溶液放入超声波清洗机中混合15
‑
20min；
③
静置冷却后加入PDMS固化剂，固化剂与PDMS预混液质量比为1/10
‑
1/8，以200r/min
‑
300r/min搅拌3
‑
5min；
④
在0
‑
8℃温度中静置12
‑
24h，直至完全没有气泡；
⑤
利用数控雕刻机，以80
‑
100℃的底板加热、30
‑
50Kpa的气压、320
‑
400mm/s将混合溶液打印成膜；
⑥
将打印所得膜置于干燥箱中干燥；
⑦
将完全固化的SiO2/PDMS混合膜浸入装满SiO2悬浮液的容器中，其中悬浮液中SiO2粒径为2
‑
5μm，利用提拉机器以1
‑
8mm/s匀速竖直向上提拉；
⑧
将上述复合膜置于200
‑
250℃中加热60
‑
80h；
⑨
用旋涂机将光刻胶SU
‑
8基环氧树脂旋涂在复合膜表面SiO2缝隙中，转速2500
‑
3500r/min、旋涂时间30
‑
60s，再用有机溶剂清洗表面残留的光刻胶；
⑩
用紫外固化灯对表面的光刻胶进行固化，时间1
‑
3min；将上述复合膜置于氢氟酸溶液中蚀刻5
‑
15min去除表面SiO2，用酒精彻底清洗，干燥箱干燥。2.根据权利要求1所述的一种连续光固化3D打印陶瓷用复合透明膜的制备方法，其特征在于，所述步骤中氢氟酸溶液的浓度优选为2
‑
5vol％。3.根据权利要求1所述的一种连续光固化3D打印陶瓷用复合透明膜的制备方法，其特征在于，所述步骤
⑥
中干...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广明，蒋进，兰红波，王飞，宋道森，黄辉，李汶海，于尊，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：