基于熔模铸造的DLP光固化增材制造装备的研制

文章将DLP光固化成型技术与熔模铸造工艺相结合,研制了适用于陶瓷浆料打印的光固化增材制造装备。以实现DLP光固化成型工艺参数：曝光时间、曝光层厚及曝光强度等为设计出发点,合理设计光固化打印机的选型及零部件布置,验证最佳工艺参数,确定了设备最佳曝光时间为30～35 s;最佳打印曝光层厚为0.1 mm。     

陶瓷面曝光快速成型工艺研究

利用投影机中微小反射镜阵列(Digital micromirror device,DMD)形成投影图案,以发光二极管紫外光(UV-LED)作为光源,建立了陶瓷面曝光快速成型试验系统。利用该系统研究了自开发的可光固化磷酸钙陶瓷浆料的光固化性能,确定了其临界曝光强度为14.24 mJ/cm~2,透射深度为149μm;优化了面曝光陶瓷成型的工艺参数,即分层厚度100μm,曝光强度54 mJ/cm~2,曝光时间3 s,并实现了带有复杂网状结构的陶瓷多孔支架的制造。该工艺所成型的陶瓷零件经烧结后,其致密表面和内部未见有裂纹和较大孔洞,压缩强度高达63MPa,可满足骨组织工程支架的机械性能要求。所述的面曝光快速成型工艺可直接成型多孔以及复杂结构的陶瓷零件,有望为陶瓷骨组织支架的制造提供新的发展方向。     

多孔β-TCP生物陶瓷DLP打印工艺研究

β-磷酸三钙(β-TCP)具有良好的生物相容性和成骨性,是理想的骨修复材料。以β-TCP陶瓷粉末和树脂为原料制备陶瓷浆料,利用面曝光技术制造陶瓷素坯。根据热重和差热测试结果,建立陶瓷素坯脱脂和烧结工艺参数,制备出多孔β-TCP陶瓷样件。试验结果表明,成型过程中,光线散射会导致实际成型的素坯尺寸大于设计尺寸;烧结后,在成型的水平方向烧结收缩率为1%～5%,垂直方向烧结收缩率为6%～9%,并提出了烧结收缩的补偿模型。多孔陶瓷样件内部孔道结构贯通,具有大孔和微孔相结合的多孔结构,大孔孔径为400～600μm,微孔孔径为500～1 500 nm。力学测试表明多孔结构的压缩强度随孔隙率的增大而减小,G单元多孔β-TCP生物陶瓷的压缩强度最高可达16.53MPa。DLP光固化生物陶瓷打印技术可以实现复杂多孔生物陶瓷的快速高精度成型,在人体骨组织损伤修复方面有巨大的应用前景。     

基于光固化成型技术的空心叶片陶瓷铸型制造缺陷控制

陶瓷铸型是制造空心叶片的核心,相对于熔模铸造主流技术,基于光固化成型技术的一体化陶瓷铸型制造方法具有显著的优势：周期短、成本低、响应快,但如何控制铸型的缺陷是该方法发展的技术难题。为此,研究光固化原型台阶效应的解决方法,探讨铸型精细结构的凝胶注模复型行为,分析脱脂过程热应力对铸型质量的影响规律。结果表明：基于液态石蜡的流平性原理,可解决光固化树脂原型的台阶效应问题,显著减小原型表面粗糙度;随温度升高,覆膜RP60石蜡单层厚度减小,90 ℃时稳定在0.06 mm左右;当陶瓷浆料固相体积分数不大于62%时,可实现0.5 mm细小特征陶瓷铸型的凝胶注模真空无缺陷复型;通过镂空处理,脱脂陶瓷铸型无缺陷、精度较高。     

微型制造中的掩膜快速成型技术

采用离散点曝光方式来制作微型构造物的光固化快速成型法 ,其成型时间长 ,这一问题是制约微型光固化快速成型技术迅速推广应用的主要因素之一。为探索解决此问题的途径 ,提出了掩膜成型方案 ,设计制作了实验装置 ,用该装置制作了掩膜 ,并利用此掩膜进行了光固化实验。结果表明 ,此方案可大幅缩短成型时间 ,是解决成型效率问题的有效途径之一     

DLP光固化3D打印精密铸造陶瓷型壳的研究

从利用3D打印技术直接制备精密铸造陶瓷型壳的角度出发,采用自制的DLP光固化3D打印设备,研究了每层曝光时间和层厚2个打印参数对陶瓷打印件尺寸精度的影响,测量分析了打印件脱脂烧结后的收缩情况,用扫描电镜观察分析了烧结件断口微观形貌,研究了型壳摆放方式、打印件支撑设计对脱脂与烧结后型壳质量的影响。结果表明,针对本自制设备以及所用的陶瓷浆料,合适的每层曝光时间为30～35 s,层厚为0.1～0.2 mm。烧结件各方向的尺寸收缩率均为15%左右,得到的陶瓷件具有一定的气孔。打印型壳采用封闭式面支撑、型壳素坯脱脂与烧结时采用立放的方式,烧结型壳质量较好。     

基于氧阻聚效应的陶瓷面成形工艺优化研究

氧阻聚效应的应用使得陶瓷光固化增材制造技术的加工速度和成形精度有了显著提升。利用自制的陶瓷面成形快速成型系统和具有氧阻聚效应的Al_2O_3陶瓷浆料,开展了氧气浓度、液槽底部PDMS膜的厚度对已固化层与PDMS膜粘接引起的分离力大小的研究;在最优PDMS膜厚(0.3 mm)条件下,氧气浓度对陶瓷件尺寸精度、收缩率以及力学性能的影响研究中发现,氧阻聚效应减小了固化层与PDMS膜粘接形成的分离力大小,但不影响陶瓷零件的弯曲强度(约175 MPa),而且适当的氧气浓度可以显著改善零件的尺寸精度和表面质量。正交实验确定了陶瓷多孔结构成形的工艺参数(包括氧浓度、曝光强度和分层厚度)最优集,对比空气条件下(即氧气浓度约20%)打印成形的多孔结构,最优条件下(即氧气浓度40%)所成形的多孔结构形貌有明显提升,最大尺寸偏差减小45%。     

高固含量低粘度碳化硅陶瓷浆料的制备与性能研究

采用两种粒径SiC颗粒(11.31μm和3.82μm)、石油焦粉为原料,研究分析不同比例SiC颗粒级配对SiC陶瓷浆料粘度的影响,制备高固含量(≥50vol%)、低粘度(≤1Pa·s)的碳化硅陶瓷浆料,利用注浆成型方法成型SiC陶瓷素坯,反应烧结制备高纯致密SiC陶瓷材料。     

轻型碳化硅质反射镜坯体的制造工艺

研究了轻型碳化硅质反射镜坯体制造技术,讨论了制备工艺中的关键环节.提出了一种先进的消失模技术用于制备性能更加优异的背部半封闭式轻量化结构.针对制备大尺寸复杂形状陶瓷的难点,研究了SiC陶瓷素坯凝胶注模成型及成型过程中高固相含量低黏度SiC浆料的配置、浆料固化时间控制及大尺寸复杂形状SiC湿坯的液体干燥工艺等.测试分析了...     

复杂陶瓷型芯增材制造及浇注工艺验证

针对多层内腔空心涡轮叶片用复杂陶瓷型芯,研究基于光固化的陶瓷型芯增材制造方法.采用光敏树脂与熔融石英粉混制的陶瓷浆料,通过DLP增材制造设备进行陶瓷型芯坯体制备,再经过脱脂烧结工艺获得可用于实际浇注的陶瓷型芯.光敏树脂活性单体选用1,6-己二醇二丙烯酸酯(1,6-hexanediol diacrylate,HDDA)和...