本发明专利技术提供了一种激光三维加工陶瓷坯体的方法和装置，该方法包含以下步骤：制备陶瓷素坯，经过干燥得到干燥陶瓷素坯；将干燥陶瓷素坯固定于三维激光加工装置工件台之上，对其进行精确定位，选择合理的工件和激光束组合运动方式，编制加工工艺；通过计算机控制工件和激光束的运动，精确、快速、选择性的烧蚀陶瓷素坯中的有机物连接体，同时通过气流吹扫、抽吸烧失的陶瓷粉末，得到精密尺寸陶瓷坯体。本发明专利技术所述的方法可以实现无模成型，可以广泛应用于结构陶瓷的成型加工，对于批量小，品种多，精度要求高的产品尤为适合。该工艺流程短，效率高，可重复性好，真正实现近净尺寸成型加工，可以显著降低烧结后陶瓷部件的机加工成本，便于实现工业批量化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及陶瓷成型和加工
，更确切的说是一种高效、精密加工陶瓷坯体的方法与装置，其是采用激光束将陶瓷坯体中的有机物烧蚀，从而进行快速、精密、三维、加工。
技术介绍
陶瓷具有许多优异的性能，如强度高、硬度高、抗氧化性好、耐腐蚀等优点，在国防、航空、航天等领域具有无法替代的重要性。但是，成型加工困难，制备成本高，重复性差，成为限制高技术陶瓷产业化的瓶颈。人们逐渐认识到成型工艺作为制备陶瓷材料的关键环节，不仅是材料组成和设计实现的前提，而且是降低陶瓷成本，提高产品合格率和重复性尤为重要的环节。传统的陶瓷素坯成型方法有以下几种1.干压和等静压成型，利用外压将具有流动性的粉料压制为具有一定堆积密度的素坯；2.挤出成型，将具有塑性的泥料从模具口中挤出，得到一定形状的型材，如棒、管、片等；3.注射成型，将含有石蜡等具有热塑性的浆料注入模具内，冷却后脱模，得到具有复杂形状的素坯；4.泥浆浇注，把浆料注入多孔模具内，水分经模具吸收后，得到素坯。上述这些传统方法在许多方面得到广泛应用，但它们也各有缺点，如干压成型坯体微观结构不均匀，挤出成型只适合于形状比较简单的型材，注射成型的坯体需要经过长时间的排胶过程，容易在排胶过程中造成开裂、变形等缺陷。为解决传统成型方法在高技术陶瓷成型时存在的诸多问题，自上世纪90年代出现了许多陶瓷原位凝固胶态成型的工艺技术，这些方法的特点是在浆料中加入可使其发生固化的物质，在浆料发生固化前将其注入无孔模具，通过将料在模具中固化得到素坯。这类成型方法的出现，为传统的方法如注浆成型、干压成型等所不能解决的复杂形状部件提供了一条切实可行之路。目前普遍公认具有代表性的陶瓷胶态成型工艺有美国橡树岭国家实验室专利技术的凝胶注模成型工艺Gelcasting(美国专利6228299，6066279，5145908，5028362，4894194)和瑞士苏黎士大学专利技术的直接凝固注模成型direct coagulationcasting(瑞士专利02 377/92-1，01 096/93-6，美国专利5788891)以及清华大学专利技术的胶态注射成型新工艺(中国专利技术专利，专利号ZL00 136834.6)。其中，凝胶注模成型是利用有机单体的交联、聚合反应，将陶瓷粉料和溶剂都束缚在聚合物三维网络中，脱模干燥后即得所需要形状并具有一定强度的坯体。凝胶注模成型工艺由于其可以有效控制颗粒的聚集，因此具有良好的坯体均匀性、高的坯体强度和优异的烧结性能。该工艺操作简单，坯体中有机物含量低，已广泛应用于各种陶瓷体系的成型。但是胶态成型必须通过在模具内固化得到素坯，而脱模时坯体尚未干燥，强度较低，仍有一定的弹性，因此素坯在脱模过程中的变形是很难避免的。另外素坯在干燥过程也往往会产生一定的形变，尤其是对于外形尺寸较大，壁薄的部件，干燥过程中保障其坯体的规格尺寸是非常困难的。另外胶态成型需要将液体浆料直接注入模具中，因此对于模具的尺寸精度要求非常严格，所以模具的加工成本都比较高。对于小批量多品种的产品，这种采用模具成型方法更是非常的不适宜。对于许多非标的异形的部件，由于无法完成脱模过程，因此利用模具成型根本就无法实现。上世纪九十年代中后期发展起来的快速成型技术(rapidprototyping)主要成功地应用于塑料和金属材料，在先进陶瓷方面的应用基本上仍然处于实验室研究阶段，工业化的推广使用还有诸多技术基础问题无法圆满解决。目前国际上广泛研究的陶瓷快速成型技术(rapid prototyping)主要以以下几种为典型代表激光选区烧结技术(Selective laser sintering)、层片叠加成型技术(LaminatedObject Manufacturing)、熔化覆盖成型技术(Fused depositionmodeling)、立体印刷成型技术(Stereolithography)、三位打印成型技术(3D printing)、喷射打印成型技术(ink jet printing)等。上述这些方法概括起来属于增加材料(Adding material)的范畴。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种激光三维加工陶瓷坯体的方法与装置，采用激光束将陶瓷坯体中的有机物烧蚀，从而进行快速、精密、三维、加工。为此，本专利技术采用了如下的技术方案本专利技术提供了一种激光三维加工陶瓷坯体的方法，其是采用激光束对陶瓷素坯进行快速、精密、三维加工，其包含以下步骤步骤一制备陶瓷素坯，再经过干燥得到待加工的干燥陶瓷素坯；步骤二将干燥陶瓷素坯固定于三维激光加工装置工件台上，并对其进行精确定位，选择合理的工件和激光束组合运动方式，编制加工工艺；步骤三通过计算机控制工件和激光束的运动，精确、快速、选择性的烧蚀陶瓷素坯中有机物连接体，同时通过气流吹扫、抽吸烧失的陶瓷粉末，得到精密尺寸陶瓷坯体。其步骤一中制备陶瓷素坯更具体是采用注射成型、挤出成型、流延成型、凝胶注模成型或类似凝胶成型如琼脂糖类、纤维素类等其他聚合物制备含有有机粘结剂或者聚合物的陶瓷素坯。其中有机物的含量适当，既能够保障陶瓷坯体的强度，又能够保障陶瓷粉末的阻燃效果，防止有机物烧蚀过程中软化塌陷或局部爆燃，以便控制加工精度。其中该步骤一中的干燥陶瓷素坯是通过烘箱、微波、真空、升华或室温自然阴干方式来实现，避免陶瓷素坯开裂或内部产生微裂纹缺陷。其中步骤三中的激光为脉冲激光束或连续波激光束，其波长为10.6μm或1.06μm或0.532μm或0.355μm。其功率密度要求能够烧蚀有机物，但又不会烧蚀陶瓷材料。其中步骤三更具体是通过吹扫、抽吸或吹扫与抽吸同时进行的气流及时去除脱离聚合物束缚的陶瓷粉末，气流方向可以于激光束方向相同也可以不同；并通过控制吹扫气体流量和气体种类，从而冷却烧蚀区域，减少热影响区，改善加工效率和精度。此外，本专利技术还提供了用于激光三维加工陶瓷坯体的装置，该装置主要是由激光器、三维精密机械工作平台和计算机控制系统相结合的加工系统，其含有激光器、计算机控制系统、工作平台、光路系统、待加工工件、气流控制系统、监控器、冷却系统；其中该激光器是整个加工装置的核心；计算机控制系统是整个装置加工运动的中央控制部件，用于控制激光器的开关、工作平台的运动轨迹、光路系统的调节和气流系统的开关流量；工作平台，用来承载工件；监控器，适时反馈工件的表面形貌和激光束加工定位，保证达到设计所要求的加工精度。其中该工作平台为万能旋转工作台同时可以完成五轴联动的运动方式。该监控器采用CCD彩色摄像机。本专利技术的有益效果在于该加工方法属于无接触加工，无切削力作用于坯体加工，且坯体只需定位，不需夹紧，因此无机械应力及表面损伤。由于激光束易于导向、聚焦实现各方向变换，极易与数控系统配合，将CAD、CAPP、CAM等程序运用于加工，实现高度自动化、智能化，便于加工复杂部件。本工艺噪声小、振动小、对环境基本无污染；且加工效率高，加工质量稳定可靠。本专利技术所述的方法也可以用来完成陶瓷坯体表面图案或字体的二维或者三维刻蚀加工。不仅效率高，而且可以刻蚀出图案精美和各种复杂形状的字体，可以应用于各种标牌、饰品、玩具等的加工。本专利技术所述的方法也可以用来完成具有层状结构、纤维独石结构或者其它陶瓷基复合材料的复杂形状部件的加工和制备。由本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光三维加工陶瓷坯体的方法，其是采用激光束对陶瓷素坯进行快速、精密、三维加工，其包含以下步骤： 步骤一：制备陶瓷素坯，经过干燥得到待加工的干燥陶瓷素坯； 步骤二：将干燥陶瓷素坯固定于三维激光加工装置工件台上，并对其进行精确定位，选择合理的工件和激光束组合运动方式，编制加工工艺； 步骤三：通过计算机控制工件和激光束的运动，精确、快速、选择性的烧蚀陶瓷素坯中有机物连接体，同时通过气流吹扫、抽吸烧失的陶瓷粉末，得到精密尺寸陶瓷坯体。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨金龙，席小庆，黄勇，葛国军，王海杰，
申请(专利权)人：河北勇龙邦大新材料有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。