一种用于陶瓷型芯高精度成型的多次组合面曝光制造方法技术

本发明专利技术提供一种用于陶瓷型芯高精度成型的多次组合面曝光制造方法，包括以下步骤：S1.用建模软件设计陶瓷型芯结构图，保存为STL格式文件；S2.对STL格式文件进行切片处理，获得每一层打印的切片灰度图像，计算多次曝光的阈值k和测量模型实际阀值kn；S3.将切片灰度图像导入光固化3D打印机，进行一次曝光或n+1次切片灰度图像处理和组合面曝光；S4.将光敏树脂、分散剂和陶瓷粉末加入浆料罐中，倒入陶瓷料缸；S5.打印机获得打印模型曝光图案后，通过光固化成型的方法得到成形陶瓷坯体；S6.将陶瓷坯体经过脱脂工艺得到陶瓷素坯，烧结获得陶瓷型芯。本发明专利技术可以提高陶瓷浆料的固化性能，减少打印坯体的结构缺陷，可以用于高精度陶瓷型芯坯体的制造。芯坯体的制造。芯坯体的制造。

【技术实现步骤摘要】
一种用于陶瓷型芯高精度成型的多次组合面曝光制造方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷DLP打印
，尤其是一种用于陶瓷型芯高精度成型的多次组合面曝光制造方法。

技术介绍

[0002]数字光处理陶瓷3D打印技术是一种利用数字微镜单元通过特定波长的选择性面曝光陶瓷浆料，光敏树脂吸收能量发生交联反应，浆料由液态转变为固态；此时陶瓷颗粒分散在固化的光敏树脂中，而后通过脱脂工艺，脱除其中的光敏树脂，通过烧结工艺使陶瓷颗粒致密化的工艺。
[0003]陶瓷型芯是一种用于形成空心叶片铸件的内腔冷却结构，它的性能和质量极大地影响着铸件生产的合格率和成本；陶瓷型芯必须有足够的室温强度和高温强度，以承受浇注时金属液的冲击；目前叶片内部冷却结构由单一对流气冷发展为双层壁超气冷，对于拥有新型冷却结构涡轮叶片的研制，传统陶瓷型芯制备方法复杂，主要通过热压注成形和凝胶注模成形，需提前制备多套模具，且在更改叶片设计后，模具需重新制备，导致叶片研制生产周期长，开模过程也会对型芯素坯表面造成不同程度的损坏，相对应的，陶瓷DLP技术无需模具，可以加速新产品的研发，缩短制造周期，满足个性化需求，具有制造精度高，成形结构自由度高的优势。

技术实现思路

[0004]本专利技术根据现有技术存在的问题，提供一种用于陶瓷型芯高精度成型的多次组合面曝光制造方法，用于制造高精度、无缺陷的氧化铝陶瓷型芯。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种用于陶瓷型芯高精度成型的多次组合面曝光制造方法，其中：包括以下步骤：
[0007]S1.用建模软件设计陶瓷型芯结构图，保存为STL格式文件；
[0008]S2.通过打印机软件对STL格式文件进行切片处理，获得每一层打印的切片灰度图像，并计算多次曝光的阈值k和测量模型实际阀值kn，并将k和kn进行比较，当k＞kn进行n次曝光，当k＜kn进行n+1次曝光；
[0009]S3.当n＝1，并且k＞k1时，将步骤S2得到的切片灰度图像导入光固化3D打印机，打印机获得打印模型每层的切片灰度图像后，进行一次曝光，获得一次组合面曝光的曝光图案；当n≥1，并且k＜k1时，将一次组合面曝光的曝光图案通过切片图像二次处理模块进行n或n+1次切片灰度图像处理和组合面曝光，获得n或n+1次组合面曝光的曝光图案；
[0010]S4.将所述光敏树脂、分散剂和陶瓷粉末按比例依次加入浆料罐中，搅拌均匀并倒入陶瓷料缸中；
[0011]S5.打印机获得打印模型曝光图案后，打印平台下移至陶瓷料缸中，通过光固化成型的方法得到成形陶瓷坯体；
[0012]S6.将陶瓷坯体经过脱脂工艺得到陶瓷素坯，烧结获得致密化的陶瓷型芯。
[0013]优选的是，所述的用于陶瓷型芯高精度成型的多次组合面曝光制造方法，其中，步骤S2中，多次曝光的阈值k和测量模型实际阀值kn计算公式如下：
[0014][0015]其中：Cd是浆料任意位置的固化层厚，可以反应材料的成形质量，k是浆料的固化层厚形状影响系数；S是全部的曝光表面，L是曝光表面上任意一点到固化层厚测试点的水平距离。
[0016]优选的是，所述的用于陶瓷型芯高精度成型的多次组合面曝光制造方法，其中，步骤S3中切片灰度图像处理具体为：通过Python的轮廓选取函数找到灰度图像的内外轮廓，在轮廓上做向轮廓内的法向的补偿计算，补偿计算的补偿尺寸为100μm。
[0017]优选的是，所述的用于陶瓷型芯高精度成型的多次组合面曝光制造方法，其中，步骤S3中在第一次组合面曝光、n或n+1次组合面曝光时，曝光能量均为5
‑
25mW/cm2，曝光时长均为4
‑
40s，打印层厚均为50
‑
200μm。
[0018]优选的是，所述的用于陶瓷型芯高精度成型的多次组合面曝光制造方法，其中，步骤S4中陶瓷粉末为5μm的球形α
‑
氧化铝，体积分数为30
‑
60vol％，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，体积分数1
‑
5vol％，所述光敏树脂为以双酚a环氧丙烯酸酯为原料制备的化合物，体积分数为35
‑
69％。
[0019]光敏预聚物是以双酚a环氧丙烯酸酯(BAEA)为原料制备的化合物，光敏预聚物1,6
‑
己二醇二丙烯酸酯(HDDA)，作为稀释剂单体的甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)和2
‑
羟基
‑2‑
甲基丙酸(1173)和二苯基(2，4，6
‑
三甲基苯甲酰基)氧化膦(TPO)作为光引发剂。
[0020]优选的是，所述的用于陶瓷型芯高精度成型的多次组合面曝光制造方法，其中，步骤S6脱脂工艺具体为：将陶瓷坯体依次在100℃，237℃，300℃，600℃下均保温2
‑
6h，升温速率为2℃/min，所述烧结工艺的烧结温度为1550℃，升温速率为2℃/min，烧结时间为1
‑
65h。
[0021]本专利技术的优点：
[0022](1)本专利技术的用于陶瓷型芯高精度成型的多次组合面曝光制造方法，在一次曝光完成后，受到DLP面曝光光源能量不均匀散射的影响，对打印质量下降的位置进行二次曝光，在单次循环中，对曝光灰度图片进行二次处理，沿曝光轮廓法向量上向内取补偿尺寸，在打印精度较低的位置，选择性二次曝光，二次曝光采用经过处理的灰度图片，薄弱层打印完成后，打印机开始下一层的打印，直至打印完成，本专利技术的多次组合面曝光制造方法可以提高陶瓷浆料的固化性能，减少打印坯体的结构缺陷，可以用于高精度陶瓷型芯坯体的制造。
附图说明
[0023]图1本专利技术精细化结构的成形性能差异性图。
[0024]图2本专利技术的多次曝光工艺流程示意图。
[0025]图3本专利技术的工艺流程图。
[0026]图4为本专利技术曝光次数的判断过程图。
[0027]图5为本专利技术实施例1
‑
3的对比效果图。
[0028]图6为本专利技术脱脂
‑
烧结工艺曲线图。
具体实施方式
[0029]下面结合具体附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0030]本专利技术的打印机采用DLP陶瓷打印机，DLP技术是指利用光子固化感光介质材料，通过高精度的光源逐层成形复杂结构的过程，利用紫光/紫外光逐层固化陶瓷浆料，再逐层累积叠加成形的过程。DLP利用DMD(Digital Micromirror Device)调节整个截面的形状，一次成形整个截面DLP的DMD分辨率可以达到200万像素。
[0031]受到光源曝光能量和打印结构变化的影响，不同曝光结构不同位置的打印质量是不同的，如图1，在不同的曝光面积的情况下，受到陶瓷浆料光散射和光吸性能的影响，当曝光能量相同时，浆料的固化深度逐渐下降，从而降低了浆料的固化性能，最终导致显示的打印参数由结构带来的不均匀性，由此我们可以发现，对于不同的曝光截面而言，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于陶瓷型芯高精度成型的多次组合面曝光制造方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.用建模软件设计陶瓷型芯结构图，保存为STL格式文件；S2.通过打印机软件对STL格式文件进行切片处理，获得每一层打印的切片灰度图像，并计算多次曝光的阈值k和测量模型实际阀值kn，并将k和kn进行比较，当k＞kn进行n次曝光，当k＜kn进行n+1次曝光；S3.当n＝1，并且k＞k1时，将步骤S2得到的切片灰度图像导入光固化3D打印机，打印机获得打印模型每层的切片灰度图像后，进行一次曝光，获得一次组合面曝光的曝光图案；当n≥1，并且k＜k1时，将一次组合面曝光的曝光图案通过切片图像二次处理模块进行n或n+1次切片灰度图像处理和组合面曝光，获得n或n+1次组合面曝光的曝光图案；S4.将所述光敏树脂、分散剂和陶瓷粉末按比例依次加入浆料罐中，搅拌均匀并倒入陶瓷料缸中；S5.打印机获得打印模型曝光图案后，打印平台下移至陶瓷料缸中，通过光固化成型的方法得到成形陶瓷坯体；S6.将陶瓷坯体经过脱脂工艺得到陶瓷素坯，烧结获得致密化的陶瓷型芯。2.根据权利要求1所述的用于陶瓷型芯高精度成型的多次组合面曝光制造方法，其特征在于，步骤S2中，多次曝光的阈值k和测量模型实际阀值kn计算公式如下：其中：Cd是浆料任意位置的固化层厚，可以反应材料的成形质量，k是浆料的固化层厚形状影响系数；S是全部的曝光表面，L是曝光表面上任意一点到固化层厚测试点的水平距离。3.根据权利要求1所述的用于陶瓷型芯高...

【专利技术属性】
技术研发人员：田宗军，叶昀，焦晨，沈理达，侯锋，邱明波，吴俊男，
申请(专利权)人：南京航空航天大学无锡研究院，
类型：发明
国别省市：