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原文传递一种连续面曝光陶瓷3D打印装置及其工作方法

专利名称：	一种连续面曝光陶瓷3D打印装置及其工作方法
摘要：	本公开公开一种连续面曝光陶瓷3D打印装置及其工作方法，打印前，原料供给单元将陶瓷浆料灌入窗口盒内；水泵将第一浆料槽内的陶瓷浆料抽出后，通过第二浆料输送管道输入到第二浆料槽内，第二浆料槽内的陶瓷浆料通过第二浆料输送管道流入到窗口盒的储液槽内，窗口盒的储液槽内的陶瓷浆料通过第一浆料输送管道流入到第一浆料槽内，通过水泵实现陶瓷浆料在第一浆料槽、储液槽和第二浆料槽内陶瓷浆料的循环流动；采用连续面曝光技术，实现陶瓷3D打印的连续成型，实现连续打印。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	青岛理工大学
发明人：	张广明;蒋进;兰红波;王赫;王智
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-24T00:00:00+0800
申请号：	CN201910090004.6
公开号：	CN109795010A
代理机构：	济南圣达知识产权代理有限公司
代理人：	黄海丽
分类号：	B28B1/00(2006.01);B;B28;B28B;B28B1
申请人地址：	266520 山东省青岛市黄岛区嘉陵江路777号
主权项：	1.一种连续面曝光陶瓷3D打印装置，其特征是，包括：机箱本体，所述机箱本体由中间隔板分为上腔室和下腔室，所述下腔室设有成像模块，所述上腔室设有窗口盒、陶瓷浆料循环输送模块、供氧冷却模块和液压辅助施压模块，所述窗口盒和供氧冷却模块均固定安装在中间隔板上，所述供氧冷却模块设置在窗口盒的正下方，所述成像装置设置在所述窗口盒的正下方，所述窗口盒的正上方设有打印平台，所述打印平台安装在Z向工作台上，所述窗口盒与原料供给单元连接；所述窗口盒设有储液槽；所述陶瓷浆料循环输送模块，包括：第一浆料槽，第一浆料槽设置在窗口盒的一侧，所述第一浆料槽的输入口通过第一浆料输送管道与窗口盒连接，第一浆料槽的输出口通过管道与水泵的输入端连接；所述第一浆料槽内安装搅拌装置；水泵的输出端通过第三浆料输送管道与第二浆料槽的输入口连接，第二浆料槽设置在窗口盒的另外一侧，第二浆料槽的输出口通过第二浆料输送管道与窗口盒连接；所述窗口盒还与原料供给单元连接；打印前，原料供给单元将陶瓷浆料灌入窗口盒内；水泵将第一浆料槽内的陶瓷浆料抽出后，通过第二浆料输送管道输入到第二浆料槽内，第二浆料槽内的陶瓷浆料通过第二浆料输送管道流入到窗口盒的储液槽内，窗口盒的储液槽内的陶瓷浆料通过第一浆料输送管道流入到第一浆料槽内，通过水泵实现陶瓷浆料在第一浆料槽、储液槽和第二浆料槽内陶瓷浆料的循环流动。 2.如权利要求1所述的装置，其特征是，采用连续面曝光技术，实现陶瓷3D打印的连续成型；基本原理：利用氧气阻聚的效应，氧气透过窗口盒与陶瓷浆料底部液面接触，形成一层不能被紫外线固化的区域，称为“死区”；而紫外线透射通过死区，在死区上方继续产生光聚合作用，同时避免了固化的陶瓷浆料与底部窗口的粘连；紫外线连续照射陶瓷浆料，打印平台连续上升，实现连续打印。 3.一种连续面曝光陶瓷3D打印方法，其特征是，包括：陶瓷浆料配制步骤：先用无水乙醇、表面改性剂和陶瓷粉配制表面改性陶瓷粉；再配制有机混合物溶液；然后向有机混合物溶液中分批加入表面改性陶瓷粉配制自由基型树脂基氧化锆陶瓷浆料；最后将陶瓷浆料加入原料供给单元；陶瓷浆料动态平衡步骤：原料供给单元将陶瓷浆料灌入窗口盒内；水泵将第一浆料槽内的陶瓷浆料抽出后，通过第二浆料输送管道输入到第二浆料槽内，第二浆料槽内的陶瓷浆料通过第二浆料输送管道流入到窗口盒的储液槽内，窗口盒的储液槽内的陶瓷浆料通过第一浆料输送管道流入到第一浆料槽内，通过水泵实现陶瓷浆料在第一浆料槽、储液槽和第二浆料槽内陶瓷浆料的循环流动；打印步骤：Z向工作台带动打印平台向下运动到初始工作位置，打印平台浸入到陶瓷浆料中，且打印平台与窗口盒中的复合富氧膜保持设定距离；上位机将投影图像连续投影到成型窗口，利用氧气阻聚的效应，氧气透过窗口盒与陶瓷浆料底部液面接触，形成一层不能被紫外线固化的区域，称为“死区”；而紫外线透射通过死区，在死区上方继续产生光聚合作用，同时避免了固化的陶瓷浆料与底部窗口的粘连，最终投影到打印平台的基板上，陶瓷浆料固化并粘结于打印平台的基板上；投影图像随着打印平台的上升而做出相应的变换，紫外线连续照射陶瓷浆料，光固化陶瓷浆料持续在已固化区域连续固化，打印平台连续上升，实现连续打印；直至光固化作业完成。 4.如权利要求3所述的方法，其特征是，光固化作业完成后，还包括后处理步骤：清洗干燥：将陶瓷素坯取出，用无水乙醇清除素坯表面未固化的陶瓷浆料，将陶瓷素坯放入30-60℃的真空干燥箱中进行2-4小时的干燥；后固化：将清洗干燥好的陶瓷素坯放入UV固化箱进行1-3h后固化，紫外波长365-405nm；脱脂烧结：将处理好的素坯件放入脱脂烧结炉进行脱脂烧结，按照不同材质的陶瓷浆料进行工艺路线选择；表面处理：将烧结完成的陶瓷件表面通过打磨进行表面处理。 5.如权利要求3所述的方法，其特征是，先用无水乙醇、表面改性剂和陶瓷粉配制表面改性陶瓷粉，具体步骤：先用无水乙醇和表面改性剂配制体积百分比为2％～10％浓度的混合溶液，再以体积比为4:1～8:1比例将陶瓷粉加入该混合溶液，在40℃～50℃的温度下磁力搅拌7～10h，过滤干燥得到表面改性陶瓷粉。 6.如权利要求3所述的方法，其特征是，配制有机混合物溶液的具体步骤：将自由基型光敏树脂与聚丙烯酸PAA配制体积比为0.5％～1％有机混合物溶液。 7.如权利要求3所述的方法，其特征是，向有机混合物溶液中分批加入表面改性陶瓷粉配制自由基型树脂基氧化锆陶瓷浆料的具体步骤：采用有机混合物溶液作为溶剂，向有机混合物溶液中分批加入表面改性陶瓷粉，添加体积百分比为30％～55％，同时辅以高速搅拌4～8h，转速范围为2000～2500r/min，直至粉料分散均匀，再以低速搅拌除泡1～3h，转速范围为400～700r/min，获得自由基型树脂基氧化锆陶瓷浆料。 8.如权利要求3所述的方法，其特征是，陶瓷粉为氧化锆、氧化铝、氮化硅、氧化镁、氧化钇中的一种或多种组合，采用的陶瓷颗粒平均尺寸为0.5-10μm，粉末形状为多边形或球形。 9.如权利要求3所述的方法，其特征是，陶瓷粉的表面改性方法选用机械化学改性和表面覆盖改性相结合。 10.如权利要求3所述的方法，其特征是，所述陶瓷浆料，按体积比组成为：表面改性陶瓷粉体∶自由基型光敏树脂∶分散剂＝30～55∶44～69.5∶0.5～1。
所属类别：	发明专利