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3D打印与传统陶瓷工艺融合发展

更新时间: 2024-10-28 10:35:19  查看次数: 9    
光固化3D打印领域和传统陶瓷领域,研究人员做研究的时候,大多只关注自己所在的单一学科。搞增材制造研究的主要在研究成型工艺,研究传统陶瓷的大多在研究掺杂改性。直到最近几年,才有一些学者开始关注把3D打印和传统陶瓷工艺结合起来,利用二者的优势做出了一些形状比较复杂的陶瓷成品。不过,这些研究并没有把3D打印能精确制备复杂结构的特点充分展现出来,而且做完陶瓷后大多只是简单测试一下力学性能。这主要是因为陶瓷3D打印用的浆料配置起来太难了,得做大量的工艺实验才能确定最佳的打印、脱脂、烧结参数,每一步参数不合适都没办法做出性能好的陶瓷成品。
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现在,陶瓷作为性能优良的材料,大家都希望它能广泛用在工业散热器、医疗领域的骨植入物这些方面,但是它性能固定不能调整这个特点限制了它的应用。我们这项研究的出发点是利用3D打印的优势制作出结构不同、孔隙率不同的多孔结构陶瓷,研究它的抗压强度和压电性能是怎么变化的,希望通过设计模型来调控陶瓷的性能,这样在不同领域就可以根据需求来定向制作陶瓷,让它有更大的应用前景。
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针对DLP 3D打印的特点,我们要做出一种陶瓷浆料,这种浆料既能被405波段的紫外光固化,又能自己保持比较好的流动性,而且里面的陶瓷粉末混合得很均匀,固相比例也比较大。我们研究了脱脂烧结工艺对陶瓷成型质量的影响,根据这个影响规律选出最佳的工艺参数,做出了致密度高、孔隙少的高质量多孔结构二氧化钛陶瓷和钛酸钡陶瓷坯体。通过设计模型、打印陶瓷坯体、脱脂烧结这三个阶段做出成品陶瓷,得到了孔隙率不同的多孔结构二氧化钛和钛酸钡陶瓷,还研究了相关性能。后来,我们通过模拟结果对不同结构和孔隙率的钛酸钡陶瓷模型进行力学性能分析,研究力学性能和压电性能是怎么随着孔隙率变化的。我们把一定质量分数比例的陶瓷粉末、光敏树脂溶剂、粘结剂粉末、分散剂、分散剂粉末混合起来,先用搅拌器以每分钟300转的速度慢慢搅拌10分钟,这是第一次混合浆料,要保证粉末和树脂混合得比较充分,没有明显结块现象。然后把浆料进行球磨处理,球料比设为10 : 1,转速设为每分钟400转,时间是24小时。球磨完后,浆料里的粉末和树脂已经混合得非常均匀了,肉眼看不到明显的团簇现象,不过还是得经过均质和三辊处理,这样可以消除浆料里面的气泡,把肉眼看不到的粉末团簇细化。