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易倍体育emc3D打印陶瓷资料的成型及研讨进展

发布时间:2024-07-14 01:36:04 来源:emc全站官网 作者:emc全站网页版浏览: 45 次

  3D打印技能即快速成型技能,又称为增材制作,它是以数字模型为根底,运用粉末状金属或塑料等黏合资料,经过逐层打印的方法来结构物体的技能。3D打印技能结合了资料技能、数字建模、信息处理等多范畴的前沿技能,打破了传统加工的思想形式,被视为“第三次工业革命最具标志性的出产工具”。3D打印技能在珠宝、工业规划、修建、轿车、航空航天、医疗工业及其他范畴都有运用。

  陶瓷资料具有高强度、高硬度、耐高温和耐腐蚀等功用,广泛运用于生物、机械工程等范畴,但因为其硬而脆的特性构成陶瓷的成型加工困难、加工工艺本钱高、耗时长。将

  3D打印技能运用于陶瓷产品出产将会大幅削减陶瓷产品的出产周期和出产本钱,对陶瓷产品的运用具有推进效果。

  现在陶瓷3D打印技能首要有激光选区烧结技能(SLS)、熔融堆积成型技能(FDM)、分层实体制作技能(LOM)、三维打印技能(3DP)和喷墨打印技能(IJP)等。

  激光选区烧结技能(SLS)首要经过压辊、激光器、作业台3个结构组件彼此调配来完成。其详细原理是经过压辊将粉末铺在作业台上,电脑操控激光束扫描规则规划的粉末,粉末中的粘结剂经激光扫描熔化,构成层状结构。扫描完毕后,作业台下降,压辊铺上一层新的粉末,经激光再次扫描,与之前一层已固化的片状陶瓷粘结,重复操作同一进程,最终打印制品。[2]

  激光选区烧结技能的首要长处是打印资料广泛、成型功率与资料运用率高、本钱较低一级。因为成型进程中需求激光的引进,粉末需求预热和冷却,成型周期较长,后续处理工艺杂乱。一起因为所选用的质料粉需求能在激光效果下粘结而且高温彻底烧成,因而能够制备的产品品种有限。

  熔融堆积成型技能的质料是热熔性陶瓷资料,大都被制作成便于存储运送的丝状。熔融堆积打印设备首要是由合作送料辊、导套和喷头三个部分组成的。开始时,热熔丝状资料经过送料辊,在从动辊与自动辊的一起运作下进入导向套,导套的摩擦系数较低,使丝状物料精确、接连地进入喷嘴。物料在喷头内受热熔化,依据计算机输出的数字模型进行打印。[3]

  熔融堆积成型技能不需求激光技能的协助,具有本钱低的长处,运用保护便利。缺陷是打印进程需求支撑结构,在堆积打印的进程中,随高度增加,上部分质量增加,下部资料强度不足以支撑和固定上部资料。尤其是在打印形状杂乱的制品时,上层打印物往往比基层打印物面积更大,为了使陶瓷制品在打印中不坍塌,需求外设支撑结构。

  熔融堆积成型技能原理简略,进程相对易于操控,但打印进程需求较高温度将打印资料熔化,这就要求资料在热熔化后不易分化且坚持恰当的流动性。为了满意制品结构功用要求,打印资料要具有必定的抗压强度和必定的刚度。为确保资料的尺度精度,资料在凝结成型进程中的缩短率不能过大。因而陶瓷熔融堆积成型技能遭到了很大的限制。

  分层实体制作是运用激光切开陶瓷薄膜片材,选用反面涂有热熔胶的薄膜片材为质料,层与层间依托加热和加压粘结,各层形状累积叠加起来成为实体件。热熔胶里含有树脂,有机粘结剂等,经过热熔胶机送到被粘合物外表,热熔胶冷却后即完成了粘合。[4]分层实体制作技能运用陶瓷薄片的切开累加成型,是直接由面到体的成型方法,省掉了其他技能由点到线、由线及面的加工进程,这是分层实体制作技能与其他3D打印技能比较的优势。

  分层实体制作技能选用的陶瓷薄片能够运用流延法制备得到,国外关于流延法制备陶瓷薄片的技能现已比较老练,质料获取非常便利。分层实体制作技能的成型速度快,前期准备作业简略,可是资料运用率较低。其成型原理简略,作业空间大,适宜加工尺度较大的零部件,但分层实体制作技能加工出的零件力学功用较差、精度较低,不适宜加工精细零件。

  三维打印技能是运用计算机操控精细喷头先将粘结剂溶液依照零件界面形状喷发在铺平的陶瓷粉末上,再将粉末粘结在一起构成零件概括,如此层层堆积,最终进行后期处理得到所需零部件。

  三维打印技能成型原理简略,能习惯打印多种陶瓷资料,如氧化锆陶瓷、锆英砂、氧化铝、碳化硅和氧化硅等。因为该工艺选用喷发黏结剂的方法粘结,因而黏结剂的挑选以及配比份额非常重要。符合要求的黏结剂必须有恰当的黏度和外表张力,为了满意这个要求,有时需求在黏结剂中增加必定量助剂,如分散剂、活性剂。

  喷墨打印技能是从三维打印成型技能开展而来,该技能将陶瓷粉体与各种有机物和溶剂制作成陶瓷墨水,经过计算机指令将陶瓷墨水逐层喷打到平台上,构成所需形状和尺度的陶瓷坯体。[5]陶瓷墨水的制作是喷墨打印技能的要害,要求陶瓷粉体在墨水中具有杰出的均匀分散度,适宜的外表张力、黏度及电导率,较快的枯燥速率和较高的固相含量。

  喷墨打印技能不需求激光技能进行作业,节省了制作本钱,但是,现在陶瓷墨水的装备以及喷墨打印头的阻塞等问题限制着该技能的开展。因而,在往后的研讨中要注意以下问题:

  陶瓷资料具有耐高温、高强度等长处,在工业制作、生物医疗、航空航天等范畴有着广泛的运用。3D打印陶瓷质料的研发也成为限制3D打印陶瓷开展的一大要素,研发新式3D打印陶瓷资料尤为重要。下面介绍几种尚处于研发中的3D打印陶瓷资料。

  氧化铝是一种运用广泛的陶瓷资料,氧化铝陶瓷的质料来历广泛,本钱低价,现已成为陶瓷职业用量最大的质料之一。传统制备氧化铝陶瓷的工艺繁琐杂乱、耗时耗力,

  3D打印陶瓷技能具有工艺简略,耗时较短,可操作性强的长处。运用3D打印技能出产氧化铝陶瓷,能够大大缩短制备时刻,进步制品精度,扩展运用范畴。

  3D打印技能中,为了确保陶瓷坯体具有杰出的力学功用,氧化铝资料一般与有机物混合制成浆材、粉材或与其他合金粉末制成粉材。2.2磷酸三钙陶瓷

  磷酸三钙陶瓷又称磷酸三钙,其化学组成在人体骨骼中广泛存在,在医疗范畴作为一种杰出的骨修正三维支架而被广泛运用,还可用于防备和医治钙缺少的病症。磷酸三钙的化学组分与骨骼非常附近,具有无变异性、杰出的生物相容性等长处,能够发挥杰出的骨传导效果。植入后,磷酸三钙自身杰出的生物降解功能够协助机体更快地进行推陈出新。所以,这种资料的开展前景非常可观,遭到人们的亲近重视。[2]

  3D打印技能的相关研讨。G.A.Fielding等将磷酸钙与乙醇混合制备出陶瓷浆料,并成功进行打印。一起国内学者关于磷酸钙陶瓷的生物活性也有着很深的研讨,例如林开利等在磷酸钙陶瓷中参加具有生物活性的元从来进步磷酸钙陶瓷的生物活性,这关于3D打印生物陶瓷技能生物功用的进步有着重要效果。2.3有机前驱体陶瓷

  有机前驱体组成陶瓷的技能是在1960年创造的。经由前驱体制备陶瓷可从分子规划规划、网络尺度成形、并具有低分化温度、高温功用安稳一系列长处,可用来制备多种新式陶瓷。其首要原理是将有机前驱物质(聚碳硅烷,聚硝基硅烷,聚硅氧烷等)进行热降解来制备陶瓷。详细进程为有机小分子经过缩合反响生成有机大分子,大分子在热或光等条件的催化下生成有机-无机中间体,也便是前驱体,然后对前驱体进行进一步的热裂解和烧结生成陶瓷。

  T.A.Schaedler等将UV固化技能同3D打印技能相结合来打印前驱体陶瓷,不光使陶瓷的杂乱形状和精细结构得以完成,还经过高温烧结使陶瓷缩短,然后制备出高密度陶瓷。

  氮化硅陶瓷具有高强度、低密度、耐高温等特性,是一种优异的高温工程资料。它的强度能够保持到1200℃的高温而不下降,受热后不会熔成融体,一直到1900℃才会分化,而且具有极高的耐腐蚀性,一起也是一种高功用电绝缘资料。Li等选用三维印刷与无压烧结相结合的技能,制备了孔隙率高于70%的多孔硅陶瓷资料。

  现在,国内关于3D打印陶瓷技能的研讨还处于起步阶段,且远远落后于美国、德国、日本等国家的水平,还有很大的开展空间,3D打印技能在陶瓷范畴的运用没有老练,从商场上考虑,现在3D打印陶瓷技能很难与商场接轨,难以构成规划经济。往后,我国3D打印陶瓷资料工业化开展的首要方向是加强3D打印陶瓷资料的根底研讨,处理3D打印陶瓷资料的力学功用以及烧结制品缩短率等问题,开发系列化的3D打印陶瓷资料,并构成工业化的出产能力。


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