选择性激光烧结3D打印聚合物及其复合材料的研究进展EI北大核心CSCD

选择性激光烧结技术(SLS)是一种以粉末为原料的3D打印技术,而高分子材料因其良好的理化性能和可加工性能,是运用最早且最为广泛的一种SLS材料,但目前SLS加工聚合物仍存在可加工材料种类少、制品性能低等缺点。通过向聚合物引入无机功能性填料制备SLS聚合物复合材料,是改善SLS聚合物制品的性能和实现制品功能化最简单可行的方法。文中介绍了适用于SLS打印的聚合物复合粉末的制备方法,综述了该领域国内外研究现状,并讨论了SLS高分子材料在未来的发展方向。     

选择性激光烧结3D打印聚合物及其复合材料的研究进展

选择性激光烧结技术(SLS)是一种以粉末为原料的3D打印技术,而高分子材料因其良好的理化性能和可加工性能,是运用最早且最为广泛的一种SLS材料,但目前SLS加工聚合物仍存在可加工材料种类少、制品性能低等缺点。通过向聚合物引入无机功能性填料制备SLS聚合物复合材料,是改善SLS聚合物制品的性能和实现制品功能化最简单可行的方法。文中介绍了适用于SLS打印的聚合物复合粉末的制备方法,综述了该领域国内外研究现状,并讨论了SLS高分子材料在未来的发展方向。     

基于SLS/CIP工艺SiC陶瓷的制备及其性能

以喷雾干燥的SiC-Al_2O_3-Y_2O_3造粒粉为原料,使用机械混合法得到复合粉体,通过激光选区烧结/冷等静压技术并结合液相烧结工艺制备出SiC陶瓷,对SiC陶瓷的物相组成、显微结构、抗弯强度及密度进行表征。结果表明:喷雾造粒粉平均粒径为39.43μm,球形度较高,流动性良好,适用于SLS成型;SLS成型最优参数为激光功率7W、扫描间距0.15mm、扫描速率2200mm/s、单层层厚0.15mm且CIP压力为80MPa时, SiC陶瓷素坯的性能最佳,抗弯强度为(2.23±0.10)MPa,密度为(1.31±0.05)g/cm^3;在1950℃下烧结2h后,样品发生了致密化,SiC陶瓷密度为(1.95±0.17)g/cm^3,相对密度为(60.81±5.31)%,抗弯强度为(55.43±4.04)MPa。     

低黏结剂含量SiC素坯的选区激光烧结

Al/SiC是SiC基复合材料, 具有优异的力学性能和热学性能, 在大功率电子器件、5G基站关键冷却组件、电动汽车、高速刹车片、空间探测器操作装置等相关领域具有不可替代的作用。传统制备工艺的局限性使得近净成形的无压浸渗法成为制备Al/SiC复合材料的一种较好的方法。得到高质量的碳化硅(SiC)陶瓷素坯是熔渗技术的先决条件, 选区激光烧结技术是获得高质量陶瓷素坯的一种新方法。该方法具有快速、高效的优点, 无需模具即可成型制备大规模、复杂形状部件。本研究以热塑性酚醛树脂为黏结剂, 利用机械混合与喷雾造粒的方法制备了复合粉体, 采用选区激光烧结技术制备SiC素坯, 制备了黏结剂体积分数低至15%的样品, 并对其力学性能和微观结构进行表征。当树脂含量增大到体积分数25%时, SiC坯体的强度增量为702.1%。对于喷雾造粒粉体制备的样品而言, 喷雾干粉的多孔结构使得SiC生坯的孔隙率较高(71.18%), 导致生坯强度下降。     

SEM/EDS分析纳米TiN颗粒在SiC陶瓷中的分布状况

采用水基喷雾造粒技术制备SiC/纳米TiN复合粉体,并借助二步成型和无压烧结技术制备SiC/纳米TiN复合陶瓷,利用场发射扫描电镜结合能谱分析(SEM/EDS)研究了纳米TiN颗粒在SiC/纳米TiN复合粉体、素坯及烧结体过程中的分布状态,借此评价制备工艺。     

非氧化物陶瓷光固化增材制造研究进展及展望

目前光固化3D打印技术因打印成型精度高而被广泛应用于陶瓷增材制造, 其中非氧化物陶瓷如碳化硅、氮化硅等因打印材料粉体折射率和吸光度比较高, 光固化陶瓷浆料存在分散稳定性差、入射光难穿透并产生光固化反应的固化层厚度低等问题, 导致其固含量很难提高甚至于无法打印成型。高固含量的非氧化物陶瓷打印成型成为光固化3D打印的主要难点, 吸引了广大学者对其光固化机理、粉体调控等机制进行研究。本文系统地总结了几种非氧化物陶瓷光固化浆料的制备、光固化成型、有机物去除及烧结致密化的研究工作, 并就如何对光敏树脂组成进行调节、对陶瓷粉体进行改性的几种方法进行分析与讨论, 针对性地提出创新方案来改善非氧化物陶瓷的浆料性能、光固化打印优化和致密化缺陷修复及性能提升, 最终推动大尺寸、复杂结构的非氧化物陶瓷部件光固化增材制造高精度制备技术的进步。     

激光增材制造用SiC粉末制备及成形工艺探索

为制备高强度复杂形状SiC陶瓷零件,以酚醛树脂(PF)为粘接剂,分别采用机械混合法(SPM)和搅拌蒸发法(SPC)制备两种SiC复合粉末,并对两种粉末进行了SEM电镜扫描、SLS成形、碳化和渗硅反应烧结处理.研究表明,在激光功率10 W,分层厚度0.1 mm,扫描速2 000 mm/s,扫描间距0.2 mm时,SLS坯体密度大(1.259 g/cm3),生产效率高.利用SPC粉末制得的SLS坯体内部孔隙更多,碳化和渗硅烧结后坯体密度明显增加.采用SPC粉末所制零件最终力学性能更好,更适于生产.在最优工艺条件下,制备了复杂形状的高性能SiC零件.     

陶瓷注射成型制备技术的研究与进展

陶瓷注射成型(CIM)是将聚合物注射成型方法与陶瓷制备工艺相结合而发展起来的一种制备陶瓷零部件的新工艺.目前,陶瓷注射成型己广泛用于各种陶瓷粉料和各种工程陶瓷制品的成型.用该工艺制备的各种精密陶瓷零部件,已用于航空、汽车、机械、能源、光通讯、生命医学等领域.主要从陶瓷注射成型过程、粉体表面改性、脱脂新工艺、微注射成型、国内外研究和应用等方面就陶瓷注射成型的发展过程作了系统的阐述.最后对陶瓷注射成型技术进行了展望.     

金属零件3D打印技术研究进展

金属零件3D打印技术是整个3D打印体系中最为前沿和最有潜力的技术,是增材制造的重要发展方向。简述了3D打印工艺中适用于金属材料的工艺,主要包括选择性激光烧结(SLS)技术、选择性激光熔化(SLM)技术、选择性激光熔覆(SLC)技术、层叠法成型(LOM)技术、电子束熔覆技术。讨论了各工艺特征、存在问题以及研究进展。     

注浆胶凝法陶瓷成型工艺

利用一种含钙和铝的复合盐类，使高固相含量的硅酸盐泥浆原位凝固，实现了不用多孔吸水性模具注浆成型。用这种注浆胶凝法工艺成型出各种陶瓷素坯，如陶瓷肥皂盒、陶瓷薄板、厚块、螺纹等。此工艺制备的素坯强度略低于用传统注浆成浆成型所产生的素坯的强度，而干燥收缩略大于传统的素坯。     

陶瓷3D打印技术及材料研究进展

综述了陶瓷3D打印技术和材料的特性及其研究进展与应用现状,重点讨论了喷墨打印技术、熔化沉积成型技术、光固化成型技术、分层实体制造技术、激光选区熔化技术/激光选区烧结技术、三维打印成型技术、浆料直写成型技术的特性和研究进展,分析了磷酸三钙陶瓷、氧化铝陶瓷、陶瓷先驱体、SiC陶瓷、Si_3N_4陶瓷、碳硅化钛陶瓷的特性和应用现状,最后指出了陶瓷3D打印技术的发展方向是与传统陶瓷工艺相结合,实现陶瓷制品的快速生产及生物陶瓷制品、高性能陶瓷功能零件的制造。     

高分子3D打印材料和打印工艺

3D打印技术亦称为增材制造,是基于三维数学模型数据,通过连续的物理层叠加,逐层增加材料来生成三维实体的技术。3D打印技术与传统材料加工技术相比有许多突出的优势,吸引了国内外工业界、投资界、学术界、新闻媒体和社会公众的热切关注。目前制约3D打印技术发展的因素主要有两个:打印工艺和打印材料。高分子聚合物在3D打印材料中占据主要地位。介绍了当前3D打印常用的高分子材料(热塑性高分子和光敏树脂)和与之相适应的打印工艺(FDM、SLS、SLA、Polyjet等),并对它们的特性和优缺点进行了评述,讨论了这些3D打印材料和工艺的开发面临的问题和挑战。     

高精度复杂形状碳化硅陶瓷制备工艺研究

研究了一种复杂形状碳化硅陶瓷制品制备工艺—陶瓷素坯加工工艺(GCM,Green ceramic machining).采用凝胶注成型工艺制备出简单形状碳化硅陶瓷素坯,通过数控机床对素坯陶瓷进行三维加工.研究了凝胶注模成型碳化硅陶瓷素坯强度以及显微结构,并对其加工性能(钻孔、挖槽)以及加工工艺参数进行的研究,优化了加工工艺参数并制备出了复杂形状的高精度碳化硅陶瓷制品.     

3D打印用尼龙66/Cu复合粉体的制备与性能

通过溶剂沉淀法制备3D打印用尼龙66(PA66)/Cu复合粉体材料,采用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、激光粒度分析仪和电子万能拉伸机等测试方法,研究了Cu不同加入量对PA66/Cu复合粉体及其烧结件的形貌、热性能、结构、粒度分布和力学性能的影响。由SEM和粒径分析结果发现,Cu的加入使得复合粉体的粒径大幅下降,外观更近似于球形; DSC结果表明,复合粉体结晶速率和烧结窗口温度均大于PA66,有利于SLS 3D打印成型; XRD结果显示,当Cu含量低于0. 5%时,Cu可以完全被包裹在PA66中,并且Cu的加入不会改变PA66的晶体结构;拉伸结果表明,Cu加入量在5. 0%以下时,能够有效改善烧结件的力学性能。     

3D打印用尼龙66/Cu复合粉体的制备与性能EI北大核心CSCD

通过溶剂沉淀法制备3D打印用尼龙66(PA66)/Cu复合粉体材料,采用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、激光粒度分析仪和电子万能拉伸机等测试方法,研究了Cu不同加入量对PA66/Cu复合粉体及其烧结件的形貌、热性能、结构、粒度分布和力学性能的影响。由SEM和粒径分析结果发现,Cu的加入使得复合粉体的粒径大幅下降,外观更近似于球形; DSC结果表明,复合粉体结晶速率和烧结窗口温度均大于PA66,有利于SLS 3D打印成型; XRD结果显示,当Cu含量低于0. 5%时,Cu可以完全被包裹在PA66中,并且Cu的加入不会改变PA66的晶体结构;拉伸结果表明,Cu加入量在5. 0%以下时,能够有效改善烧结件的力学性能。     

陶瓷胶态注射成型新工艺

清华大学在863计划的支持下,在80年代末开展的注射成型及压滤成型工艺研究和90年代进行的凝胶注模成型和直接凝固注模成型工艺研究的基础上,发展了一种全新的胶态注射原位快速凝固成型新工艺。该工艺是一种高性能陶瓷复杂形状零部件的低成本制备技术,是一种近净尺寸的先进制备工艺。与现有的陶瓷注射成型和胶态成型工艺相比较具有明显的先进性、创新性。首先与通常的陶瓷注射成型工艺相比较,避免了使用大量高分子粘结剂所造成的排胶困难,它只需要使用少量的有机     

环氧树脂改性自发凝固成型制备YAG透明陶瓷

YAG透明陶瓷具有良好的光学和力学性能, 广泛应用于激光增益介质与光学窗口等领域, 制备大尺寸/复杂形状YAG透明陶瓷是目前研究的热点与难点。作为一种新型胶态成型技术, 自发凝固成型在制备大尺寸陶瓷方面已显示出一定优势, 然而该体系存在浆料固化速率慢、素坯强度低等问题。本工作以水溶性环氧树脂乙二醇二缩水甘油醚(EGDGE)对自发凝固成型体系进行改性, 采用高温固相合成法制备了不同EGDGE含量的YAG透明陶瓷, 研究EGDGE对浆料流变性、凝胶强度、素坯孔隙率和烧结后陶瓷微结构与光学性能的影响。结果表明: 添加EGDGE有效增强了浆料的凝胶固化能力, 解决了YAG素坯干燥变形和开裂等问题。当EGDGE添加量为质量分数0.8%时, 在1700 ℃下真空烧结6 h并在1650 ℃下180 MPa热等静压烧结3 h, 成功制备了90 mm×30 mm×4.5 mm的YAG透明陶瓷, 它在1064 nm处直线透过率为80.8%。这为大尺寸/复杂形状YAG透明陶瓷的制备提供了新途径。     

颗粒整形对碳化硅陶瓷密封材料成型及烧结性能的影响

采用球磨对SiC粉体颗粒进行整形,并借助反应烧结制备SiC陶瓷密封材料,考察了颗粒整形对反应烧结SiC陶瓷成型、烧结性能、显微结构和力学性能的影响规律。结果表明,整形后的SiC颗粒的球形度高,粒径分布更为均匀;整形SiC粉体的振实密度和素坯密度明显提高,烧结体的显微结构更加均匀,主晶相为6H-SiC和Si,分布均匀,残炭很少;颗粒整形明显改善SiC陶瓷的成型性能及力学性能,当压力为15MPa时,整形后的SiC素坯密度为2.08g/cm~3,烧结体密度为3.06g/cm~3,抗弯强度和断裂韧性分别达到456MPa和3.87MPa·m1/2。     

硬质合金粉末挤出打印中增材制造工艺及其显微结构

粉末挤出打印(PEP)是基于传统金属注塑成型和3D打印相结合的新型增材制造技术,具有打印材料范围广、打印成本低等巨大优势。以WC-13Co硬质合金的PEP增材制造为核心,以热塑性打印材料为重点研究对象,开发打印原料的材料体系,研究打印原料的均匀性、流变性能、成形性能、黏结剂的脱除工艺以及烧结工艺对打印件显微结构及力学性能的影响机制。独立开发了硬质合金PEP打印专用的有机黏结剂材料体系,通过EDS分析黏结剂在打印坯体中分散均匀性。采用两步法脱脂工艺可以完全脱除打印坯体中的黏结剂,并结合真空烧结,在1450 ℃下保温60 min,成功制备高性能硬质合金打印件。研究结果发现打印件线收缩率为17.8%,WC晶粒尺寸分布均匀,维氏硬度1410HV₃₀。本研究采用PEP增材制造技术制备了高性能、打印件尺寸可控的硬质合金材料,为硬质合金的增材制造探索出一条有效的技术路线。     

粉体粒径对数字光处理3D打印金刚石复合材料性能的影响

基于数字光处理(Digital light processing,DLP) 3D打印技术的成型原理,系统探索了含不同粒径金刚石粉体的金刚石树脂浆料的流变性能、固化特性以及所制备的金刚石-树脂复合材料的力学性能。研究结果表明:增大粉体粒径可以降低颗粒的比表面积与表面能量,有效减小金刚石树脂浆料的粘度,在打印成型过程中有利于提高浆料的流动性;结合Beer-Lambert模型方程可知,在相同的曝光能量下,粉体粒径越大,对应金刚石浆料的固化深度越大,在打印过程中可以提供更高的层间结合强度,但是扩展固化宽度增大,导致成型精度降低。金刚石-树脂复合材料的力学性能测试结果表明增大粉体的粒径对复合材料的邵氏硬度没有显著的影响,但是有利于提高复合材料的抗弯强度和弹性模量。本研究通过光固化3D打印技术制备了含不同粒径金刚石粉体的金刚石-树脂复合材料,可为未来光固化树脂结合剂金刚石工具的成型制备提供实验基础。