史上全面地陶瓷材料3D打印技術(shù)解析匯報

實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)史上最全的陶瓷材料 3D打印技術(shù)解析南極熊3D打印網(wǎng)2017-07-11現(xiàn)在已經(jīng)陸續(xù)出現(xiàn)一些陶瓷3D打印機(jī)，價格100萬到500萬人民幣的都有。南極熊希望下文可以給讀者帶來全面的認(rèn)識?！霸霾闹圃臁钡睦砟顓^(qū)別于傳統(tǒng)的“去除型”制造。傳統(tǒng)數(shù)控制造一般是在原材料基礎(chǔ)上，使用切割、磨削、腐蝕、熔融等辦法，去除多余材料，得到零部件，再以拼接、焊接等方法組合成最終產(chǎn)品。而“增材制造”與之不同，無需原胚和模具，就能直接根據(jù)計算機(jī)圖形數(shù)據(jù)，通過增加材料的方法生成任何形狀的物體，簡化產(chǎn)品的制造程序，縮短產(chǎn)生的研制周期，提高效率并降低成本。 陶瓷材料具有優(yōu)良高溫性能、高強(qiáng)度、高硬度、低密度、好的化學(xué)穩(wěn)定性，使用其在航天航空、汽車、生物等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。而陶瓷難以成型的特點(diǎn)又限制了它的使用，尤其是復(fù)雜陶瓷制件的成型均借助于復(fù)雜模具來實(shí)現(xiàn)。復(fù)雜模具需要較高的加工成本和較長的開發(fā)周期，而且，模具加工完畢后，就無法對其進(jìn)行修改，這種狀況越來越不適應(yīng)產(chǎn)品的改進(jìn)即更新?lián)Q代。采用快速成型技術(shù)制備陶瓷制件可以克服上述缺點(diǎn)?？焖俪尚鸵步凶杂蓪?shí)體造型，是20世紀(jì)60年代中期興起的高興技術(shù)。 1.陶瓷3D打印快速成型技術(shù)的本質(zhì)是采用積分法制造三維實(shí)體，在成型過程中，先用三維造型軟件在計算機(jī)生成部件的三維實(shí)體文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)模型，而后用分層軟件對其進(jìn)行分層處理，即將三維模型分成一系列的層，將每一層的信息傳送到成型機(jī)，通過材料的逐層添加得到三維實(shí)體制件。 跟傳統(tǒng)模型制作相比， 3D打印具有傳統(tǒng)模具制作所不具備的優(yōu)勢： 1.制作精度高。經(jīng)過20年的發(fā)展，3D打印的精度有了大幅度的提高。 目前市面上的3D打印成型的精度基本上都可以控制在 0.3mm以下； 2.制作周期短。傳統(tǒng)模型制作往往需要經(jīng)過模具的設(shè)計、模具的制作、制作模型、修整等工序，制作的周期長。而3D打印則去除了模具的制作過程，使得模型的生產(chǎn)時間大大縮短，一般幾個小時甚至幾十分鐘就可以完成一個模型的打?。?.可以實(shí)現(xiàn)個性化制作。3D打印對于打印的模型數(shù)量毫無限制，不管一個還是多個都可以以相同的成本制作出來，這個優(yōu)勢為3D打印開拓新的市場奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)；制作材料的多樣性。一個3D打印系統(tǒng)往往可以實(shí)現(xiàn)不同材料的打印，而這種材料的多樣性可以滿足不同領(lǐng)域的需要。比如金屬、石料、高分子材料都可以應(yīng)用于 3D打印。制作成本相對低。雖然現(xiàn)在3D打印系統(tǒng)和3D打印材料比較貴，但如果用來制作個性化產(chǎn)品，其制作成本相對就比較低了。加上現(xiàn)在新的材料不斷出現(xiàn)，其成本下降將是未來的一種趨勢。有人說在今后的十年左右， 3D打印將會走進(jìn)普通百姓家里。 2陶瓷3D打印的主要技術(shù)分類 3D打印用的陶瓷粉末是陶瓷粉末和某一種粘結(jié)劑粉末所組成文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)的混合物。由于粘結(jié)劑粉末的熔點(diǎn)較低，激光燒結(jié)時只是將粘結(jié)劑粉末熔化而使陶瓷粉末粘結(jié)在一起。在激光燒結(jié)之后，需要將陶瓷制品放入到溫控爐中，在較高的溫度下進(jìn)行后處理。陶瓷粉末和粘結(jié)劑粉末的配比會影響到陶瓷零部件的性能。粘結(jié)劑分量越多，燒結(jié)比較容易，但在后處理過程中零件收縮比較大，會影響零件的尺寸精度，粘結(jié)劑分量少，則不易燒結(jié)成型。顆粒的表面形貌及原始尺寸對陶瓷材料燒結(jié)性能非常重要，陶瓷顆粒越小，表面越接近球形，陶瓷層的燒結(jié)質(zhì)量越好。陶瓷粉末在激光直接快速燒結(jié)時，液相表面力大，在快速凝固過程中會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，從而形成較多的微裂紋。目前，陶瓷直接快速成型工藝尚未成熟，國外正處于研究階段， 還沒有實(shí)現(xiàn)商品化。 目前，比較成熟的快速成型方法有如下幾種：分層實(shí)體制造 (簡稱LOM）；熔化沉積造型（簡稱 FDM）；形狀沉積成型（簡稱SDM）；立體光刻（簡稱 SLA）；選區(qū)激光燒結(jié)（簡稱 SLS)；噴墨打印法(簡稱IJM）。2.1分層實(shí)體制造（LOM）分層實(shí)體制造采用背面涂有熱熔膠的薄膜材料為原料，用激光將薄膜依次切成零件的各層形狀疊加起來成為實(shí)體件，層與層間的粘結(jié)依靠加熱和加壓來實(shí)現(xiàn)。 LOM最初使用的材料是紙，做出的部件相當(dāng)于木模，可用于產(chǎn)品設(shè)計和鑄造行業(yè)。美國LonePeak公司、WesternReserve和Dayton大學(xué)等已經(jīng)用LOM方法制備陶瓷件，采用的原料為陶瓷膜，陶瓷膜是用文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)傳統(tǒng)的流延法制備的。 采用LOM法制備的陶瓷材料有Al2O3,Si3N4,AlNSiC,ZrO2 等。 LOM法制備的陶瓷件一般是用平面陶瓷膜相疊加而成的，現(xiàn)在已開發(fā)出以曲面陶瓷膜相疊加的成型工藝，這一工藝是根據(jù)制備曲面陶瓷 /纖維復(fù)合材料的需要生產(chǎn)的，Klostnman等人采用曲面 LOM法制備了SiC/SiC纖維復(fù)合材料，與平面 LOM工藝相比，曲面 LOM工藝可保證曲面上纖維的連續(xù)性，而達(dá)到最佳的力學(xué)性能。另外，曲面 LOM工藝制備的陶瓷件還有無階梯效應(yīng)、表面光潔度高、加工速度快、省料的等優(yōu)點(diǎn)。 2.2熔化沉積造型（FDM）熔化沉積造型法以熱塑性絲狀為原料，絲通過可在X-Y方向上移動的液化器熔化后噴嘴噴出，根據(jù)所涉及部件的每一層形狀，逐條線、逐個層的堆積出部件。FDM使用的原材料有聚丙烯、ABS鑄造石蠟等。采用FDM工藝制備陶瓷件叫FDC。這種工藝是將陶瓷粉末和有機(jī)粘結(jié)劑相混合，用擠出機(jī)或毛細(xì)血管流變儀做成絲后用 FDM設(shè)備做出陶瓷件生胚，通過粘結(jié)劑的去除和陶瓷生胚的燒結(jié)，得到較高密度的陶瓷件。 適用于FDC工藝的絲狀材料必須具備一定的熱性能和機(jī)械性能，黏度、粘結(jié)性能、彈性模量、強(qiáng)度是衡量絲