陶瓷件光固化3D打印制备研究分析
发布者：匿名
2021-09-02
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光固化成型技术（SL－3D）制备的陶瓷零件具有表面质量好、成型精度高、力学性能优等特点，其在结构复杂、性能优良的陶瓷零件制造领域具有广阔的应用前景。
从陶瓷3D打印技术的关键问题出发，确定了氧化锆零件SL－3D打印技术的成形、脱脂和烧结工艺，并建立了脱脂过程中的热应力预测模型，为复杂陶瓷零件的快速制造提供了有价值的参考，推动了陶瓷3D打印技术的发展。
开展三方面的研宄：
①系统研宄了成形过程中激光功率和成形方向对零件尺寸精度、密度和力学性能的影响，确定了最优的激光功率以及根据零件形状选择成形策略的原则；
②研宄了不同脱脂工艺对脱脂件的重量、形状和密度的影响，获得最优的脱脂氛围和脱脂温度，并以硬度和断裂軔性为主要评价指标，找到了烧结工艺对零件力学性能的影响规律，从而明确了最优的烧结温度及其保温时间；③分析了成形件在脱脂过程中的开裂机理，基于层合理论计算了最大热应力并通过与材料承受最大应力比较对零件脱脂过程中是否开裂进行预测。
开展成形策略（激光功率和成形方向）对零件尺寸精度和力学性能影响的研宄。
①首先，基于高斯光束和Lambert－Beer定律，分析了激光功率对不同成形方向尺寸精度的影响，研宄了零件成形、脱脂和烧结后的尺寸变化和收缩率，确定了收缩比例因子。研宄发现，叠层面的尺寸收缩大于激光扫描面，即合理选择成形策略对高精度零件的制造具有重要意义。
②其次，分析了不同激光功率对零件重量、密度和孔隙率的影响；研宄表明，脱脂过程减少的重量占烧结制备过程减少总重量的97．6％，而烧结过程密度增量占烧结制备密度总增量的86．9％；可见，脱脂过程是有机物去除的过程、烧结过程是零件致密化和力学性能提高的过程。
③最后，通过分析激光功率对零件尺寸精度和力学性能的影响，确定360mW为最优激光功率，实现了氧化锆轴承和齿轮的SL－3D打印，制造的零件相对密度为97％、硬度为13．1GPa，断裂韧性为5．62MPa-m1／2，抗弯强度为1044MPa。
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