【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于增材制造相关，更具体地，涉及一种浆料挤出成形陶瓷零件表面整形方法及装置。
技术介绍
1、陶瓷具有优异的机械性能、化学稳定性和耐高温性能，广泛应用于化工、航空航天、电子、生物医学工程等领域。然而，现代科技的发展对陶瓷材料成形提出了更高的要求，传统的制备方法逐渐捉襟见肘。近年来，快速发展的增材制造技术以其独特的制造理念为复杂陶瓷零件的制备提供了一种新的方法。
2、目前，可制备陶瓷零件的快速成形技术主要有：立体光固化技术、粉末床熔融技术、粘结剂喷射技术和浆料挤出成形技术。与其它几种增材制造方法相比，浆料挤出成形陶瓷零件的优势在于不需要引入紫外光线、激光照射，浆料固含量高烧结收缩小，而且浆料挤出成形本身的设备简单，维护方便，构建和使用的成本很低，另外浆料挤出成形使用的大多数浆料体系都无毒无害且成本较低。
3、浆料挤出成形的明显不足在于其成形的陶瓷零件表面精度较低。目前有许多针对浆料挤出成形精度的研究，包括浆料配方的设计、不同种类粘结剂和纳米添加剂的开发、机械设备的改进、工艺参数的优化等。然而，浆料挤出成形过程中不可避免的存在层纹效应，使得陶瓷零件的表面精度较低且难以提高。具体而言，例如，cn110228996a公开了一种基于浆料直写成型的陶瓷型芯制备方法，获得的陶瓷型芯具有合适的力学性能和高的尺寸精度，但对表面精度并无具体描述。又如，cn111940683b公开了一种精密铸造用陶瓷壳芯的制备方法及装置，解决了浆料挤出成形中挤出头不能精确定位及剐蹭坯体的问题，但不能解决浆料挤出成形中的层纹效应。cn1
4、在浆料挤出成形中，陶瓷浆料通过喷嘴连续挤出，以细丝状的形式来逐层创建结构。由于浆料挤出成形这种工艺特性，成形坯体表面会出现较明显的层纹效应，这极大程度的限制了陶瓷零件表面精度的提高，同时也会限制浆料挤出成形技术在更多领域的应用。因此，本领域亟需寻找更为完善的解决方案，以满足快速成形高表面质量陶瓷零件的要求。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种浆料挤出成形陶瓷零件表面整形方法及装置，消除浆料挤出成形中存在的层纹效应，有效提高陶坯体的表面精度。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种浆料挤出成形陶瓷零件表面整形方法，该方法包括下列步骤：
3、s1：对待制备陶瓷零件建立实体打印模型和整形路径模型，根据实体打印模型设置挤出单元的成形参数，根据整形路径模型设置整形单元的整形参数；
4、s2：打印装置读取所述成形参数后，控制系统控制挤出单元挤出所述成形参数设置的浆料层数后停止挤出，随后控制系统控制整形单元沿坯体表面轮廓运动，去除坯体表面的层纹缺陷，整形单元运动完毕后控制系统再次激活挤出单元，在已有坯体上继续挤出成形后续部分；
5、s3：重复s2的过程直到得到完整的陶瓷零件坯体，对坯体进行干燥、烧结，最终获得目标陶瓷零件。
6、进一步优选地，所述成形参数设置的浆料层数为1-10层。
7、进一步优选地，所述成形参数还包括：喷嘴直径为0.4～3mm，成形层高为0.6～1倍喷嘴直径，成形速度为10～40mm/s，成形温度为0～50℃。
8、进一步优选地，所述整形单元的整形参数中整形棒直径为0.2～2mm，整形棒转速为1～10r/s，整形深度为0.2～0.5倍喷嘴直径，挤出-整形交替频率为挤出成形1～10层后整形1次。
9、按照本专利技术的另一个方面，提供了一种实现上述方法的装置，其特征在于，该装置由各硬件系统和控制系统组成，所述硬件系统包括传动平台、至少一个挤出单元和至少一个整形单元，所述控制系统用于控制所述挤出单元和所述整形单元实现x方向、y方向和z方向的相对运动；所述挤出单元和所述整形单元通过三轴微调滑台并排固定于传动平台。
10、进一步优选地，所述挤出单元包括继电器、气压阀、料筒和挤出喷嘴，其中由继电器接收pcb主控板的电位信号控制气压阀的开闭，陶瓷浆料通过气压阀驱动从喷嘴挤出。
11、进一步优选地，所述整形单元包括整形棒、夹持机构和步进电机，其中所述整形棒通过所述夹持机构与所述步进电机输出轴相连，所述整形棒由步进电机控制驱动，所述夹持机构具有直径大小可调节的圆柱形夹持件，所述圆柱形夹持件用于更换不同直径的整形棒。
12、进一步优选地，所述整形单元整形棒的圆周表面上开有导流槽，所述导流槽为两条对称分布的顺时针螺旋沟槽，螺旋角度为30°，以防止整形过程中浆料堆积影响精度。
13、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
14、1、本专利技术创新性的提出在挤出成形坯体的同时对坯体表面进行精修处理，并设计了完整的挤出-整形工艺流程，同时研发出一种带有表面整形功能的挤出成形装置，构建出可协同控制挤出单元与整形单元的控制系统，大幅消除了浆料挤出成形陶瓷坯体表面的层纹效应，提高了浆料挤出成形的加工精度。
15、2、本专利技术在挤出-整形过程中优选的成形参数和整形参数具有普适性，该参数可重复运行多次无需反复调节，不影响成形精度。
16、3、本专利技术优选的整形棒结构能大大提高整形精度，并可根据实际工艺更换不同的型号，适应整形装置的运行。
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1.一种浆料挤出成形陶瓷零件表面整形方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
2.如权利要求1所述的一种浆料挤出成形陶瓷零件表面整形方法，其特征在于，所述成形参数设置的浆料层数为1-10层。
3.如权利要求1或2所述的一种浆料挤出成形陶瓷零件表面整形方法，其特征在于，所述成形参数还包括：喷嘴直径为0.4～3mm，成形层高为0.6～1倍喷嘴直径，成形速度为10～40mm/s，成形温度为0～50℃。
4.如权利要求1所述的一种浆料挤出成形陶瓷零件表面整形方法，其特征在于，所述整形单元的整形参数中整形棒直径为0.2～2mm，整形棒转速为1～10r/s，整形深度为0.2～0.5倍喷嘴直径，挤出-整形交替频率为挤出成形1～10层后整形1次。
5.一种实现权利要求1-4任一项所述陶瓷零件表面整形方法的装置，其特征在于，该装置由各硬件系统(100)和控制系统(200)组成，所述硬件系统(100)包括传动平台(110)、至少一个挤出单元(120)和至少一个整形单元(130)，所述控制系统(200)用于控制所述挤出单元(120)和所述整形单元(130)
6.如权利要求5所述的表面整形装置，其特征在于，所述挤出单元(120)包括继电器(121)、气压阀(122)、料筒(123)和挤出喷嘴(124)，其中由继电器(121)接收PCB主控板(210)的电位信号控制气压阀(122)的开闭，陶瓷浆料通过气压驱动从喷嘴(124)挤出。
7.如权利要求5所述的表面整形装置，其特征在于，所述整形单元(130)包括整形棒(131)、夹持机构(132)和步进电机(133)，其中所述整形棒(131)通过所述夹持机构(132)与所述步进电机(133)输出轴相连，所述整形棒(131)由步进电机(133)控制驱动，所述夹持机构(132)具有直径大小可调节的圆柱形夹持件，所述圆柱形夹持件用于更换不同直径的整形棒(131)。
8.如权利要求7所述的表面整形装置，其特征在于，所述整形单元整形棒(131)圆周表面开有导流槽，所述导流槽为两条对称的顺时针螺旋沟槽，螺旋角度为30°，以防止整形过程中浆料堆积影响精度。
...【技术特征摘要】
1.一种浆料挤出成形陶瓷零件表面整形方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
2.如权利要求1所述的一种浆料挤出成形陶瓷零件表面整形方法，其特征在于，所述成形参数设置的浆料层数为1-10层。
3.如权利要求1或2所述的一种浆料挤出成形陶瓷零件表面整形方法，其特征在于，所述成形参数还包括：喷嘴直径为0.4～3mm，成形层高为0.6～1倍喷嘴直径，成形速度为10～40mm/s，成形温度为0～50℃。
4.如权利要求1所述的一种浆料挤出成形陶瓷零件表面整形方法，其特征在于，所述整形单元的整形参数中整形棒直径为0.2～2mm，整形棒转速为1～10r/s，整形深度为0.2～0.5倍喷嘴直径，挤出-整形交替频率为挤出成形1～10层后整形1次。
5.一种实现权利要求1-4任一项所述陶瓷零件表面整形方法的装置，其特征在于，该装置由各硬件系统(100)和控制系统(200)组成，所述硬件系统(100)包括传动平台(110)、至少一个挤出单元(120)和至少一个整形单元(130)，所述控制系统(200)用于控制所述挤出单元(120)和所述整形单元(130)实现x方向、...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊自田，王盼龙，杨力，杨致远，彭子伟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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