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原文传递高强度大型复杂陶瓷素坯及其三维喷印成形方法和装备

专利名称：	高强度大型复杂陶瓷素坯及其三维喷印成形方法和装备
摘要：	本发明属于增材制造领域，并具体公开了一种高强度大型复杂陶瓷素坯及其三维喷印成形方法和装备，其包括如下步骤：S1、采用热固性树脂、光敏树脂和光引发剂为原料制备墨水；将热固性树脂固化剂、红外光吸收剂与陶瓷粉体混合后进行铺粉并预热；S2、根据素坯三维模型切片信息进行单层喷墨，并采用紫外光实时同步照射单层成形区域，使光敏树脂交联固化；S3、采用红外光加热单层成形区域，加速墨水固化反应，完成一个切片层的成形；S4、重复步骤S1～S3，直至完成陶瓷素坯成形。本发明可解决三维喷印增材制造陶瓷素坯强度低、效率低、成形尺寸小等问题，实现高强度大型复杂陶瓷素坯的高效增材制造成形。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	华中科技大学
发明人：	闫春泽;陈安南;李昭青;王长顺;史玉升
专利状态：	有效
申请日期：	2022-08-16T00:00:00+0800
发布日期：	2022-12-06T00:00:00+0800
申请号：	CN202210982246.8
公开号：	CN115431376A
代理机构：	华中科技大学专利中心
代理人：	孔娜
分类号：	B28B1/00;B28B11/24;B28B17/00;B33Y10/00;B33Y30/00;B;B28;B33;B28B;B33Y;B28B1;B28B11;B28B17;B33Y10;B33Y30;B28B1/00;B28B11/24;B28B17/00;B33Y10/00;B33Y30/00
申请人地址：	430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
主权项：	1.一种高强度大型复杂陶瓷素坯三维喷印成形方法，其特征在于，包括如下步骤： S1、采用热固性树脂、光敏树脂和光引发剂为原料制备墨水；将热固性树脂固化剂、红外光吸收剂与陶瓷粉体混合后进行铺粉并预热； S2、根据素坯三维模型切片信息进行单层喷墨，并采用紫外光实时同步照射单层成形区域，使光敏树脂交联固化； S3、采用红外光加热单层成形区域，加速墨水固化反应，完成一个切片层的成形； S4、重复步骤S1～S3，直至完成陶瓷素坯成形。 2.如权利要求1所述的高强度大型复杂陶瓷素坯三维喷印成形方法，其特征在于，所述紫外光采用点光源同步匹配扫描或面光源辐照成形区域，所述红外光采用面曝光方式辐照成形区域。 3.如权利要求2所述的高强度大型复杂陶瓷素坯三维喷印成形方法，其特征在于，所述红外光的功率密度为0.02～0.10W·s/mm2，其面曝光辐照时间为0.5～5.0s。 4.如权利要求3所述的高强度大型复杂陶瓷素坯三维喷印成形方法，其特征在于，所述红外光吸收剂为碳黑、三方胺染料和偶氮染料中的一种或多种，其添加量为陶瓷粉体质量的1.0％～5.0％。 5.如权利要求1所述的高强度大型复杂陶瓷素坯三维喷印成形方法，其特征在于，所述热固性树脂为呋喃树脂和酚醛树脂中的一种或两种，其添加量为陶瓷粉体质量的0.5％～2.0％；所述光敏树脂为单官能团的丙烯酸酯树脂和环氧树脂中的一种或两种，其添加量为陶瓷粉体质量的0.1％～1.0％。 6.如权利要求1所述的高强度大型复杂陶瓷素坯三维喷印成形方法，其特征在于，所述光引发剂为自由基光引发剂和阳离子引发剂的一种或两种，其添加量为光敏树脂质量的0.1％～3.0％；所述热固性树脂固化剂添加量为热固性树脂质量的30％～70％。 7.如权利要求1-6任一项所述的高强度大型复杂陶瓷素坯三维喷印成形方法，其特征在于，所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、氮化硅、氮化硼、氮化钛、碳化硅、碳化硼和碳化钛中的一种或多种，粉体粒径为10～80μm；所述粉床预热温度为40～80℃。 8.一种用于实现如权利要求1-7任一项所述高强度大型复杂陶瓷素坯三维喷印成形方法的装备，其特征在于，包括三维喷印增材制造组件、紫外光辅助固化组件、红外加热组件和控制系统，其中：所述三维喷印增材制造组件包括壳体(10)和成形平台，所述壳体(10)内壁设置有保温层(15)，且壳体(10)内设有隔离单元(20)以将成形腔分割为上半部分和下半部分；所述成形平台设置在下半部分，用于铺粉、预热以及喷墨；所述紫外光辅助固化组件和红外加热组件设置在下半部分；所述紫外光辅助固化组件包括紫外光激光器(11)和紫外光振镜/反射镜(12)，所述紫外光激光器(11)发出紫外光，紫外光经由紫外光振镜/反射镜(12)照射成形区域；所述红外加热组件包括红外光激光器(14)和红外光反射镜(13)，所述红外光激光器(14)发出红外光，红外光经由红外光反射镜(13)辐照成形区域；所述控制系统用于处理待成形素坯三维模型，控制紫外光辅助固化组件同步照射成形区域，并驱动装备各部分运行。 9.如权利要求8所述的装备，其特征在于，所述紫外光激光器(11)波长为355～420nm；所述红外光激光器(14)为CO2激光器或YAG激光器中的一种或两种。 10.一种高强度大型复杂陶瓷素坯，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述高强度大型复杂陶瓷素坯三维喷印成形方法得到。