一种陶瓷3D打印机

摘要

本发明公开了一种陶瓷3D打印机，能采用高固相比、高粘度的陶瓷浆料连续可靠地打印陶瓷件。其技术方案为：陶瓷3D打印机包括：激光扫描系统，用激光束固化光敏的陶瓷浆料；加料系统，向台板供给陶瓷浆料；料层铺设与刮平系统，使陶瓷浆料在台板上形成均匀薄层；可升降工作台，承载打印成形的工件，实现打印过程中工件的竖直方向的运动；机身，承载打印机的所有系统与机构；控制系统，控制打印机的各种动作。

权利要求

1.一种陶瓷3D打印机，其特征在于，包括：

激光扫描系统，用激光束固化光敏的陶瓷浆料；

加料系统，向台板供给陶瓷浆料；

料层铺设与刮平系统，使陶瓷浆料在台板上形成均匀薄层；

可升降工作台，承载打印成形的工件，实现打印过程中工件的竖直方向的运动；

机身，承载打印机的所有系统与机构；

控制系统，控制打印机的各种动作；

其中所述加料系统包括料筒、料盒、振动器、支承座和导管，所述料盒上部的隔膜位于所述振动器的下方，所述料盒下部的缝隙对准所述台板，所述加料系统用气压输送陶瓷浆料，用所述振动器使所述隔膜发生快速弹性变形，迫使所述隔膜下方的所述料盒中的陶瓷浆料通过所述缝隙的出口均匀喷射至所述台板上，从而实现陶瓷浆料的定时、定量准确加料。

2.根据权利要求1所述的陶瓷3D打印机，其特征在于，所述激光扫描系统包括激光器、冷却器、X-Y扫描振镜、聚焦透镜和可调支承座，其中：所述激光器，固定于所述可调支承座上，产生固化陶瓷浆料的激光束；

所述冷却器，置于打印机的后方，用于冷却所述激光器；

所述X-Y扫描振镜，置于所述激光器前方的外光路上，用于根据所述控制系统的指令，使所述激光器发出的激光束在水平X-Y方向进行扫描运动；

所述聚焦透镜，置于所述X-Y扫描振镜的下方，用于使所述X-Y扫描振镜反射出的光束聚焦；

所述可调支承座，固定在所述激光器的下方的机身上，用于支承所述激光器和调节所述激光器的在竖直方向和水平方向上的位置。

3.根据权利要求1所述的陶瓷3D打印机，其特征在于，所述加料系统中：所述料筒，固定于所述支承座的右部，所述料筒上方进口与气动控制系统相连，所述料筒下方出口通过所述导管与所述料盒的进口相连，用于储存和输送陶瓷浆料；

所述料盒，固定于所述支承座的中部，所述料盒的进口通过所述导管与所述料筒的出口相连，用于供应所述台板上所需的陶瓷浆料；

所述振动器，固定于所述料盒上方的所述支承座上，所述振动器的电路与所述控制系统相连，所述振动器下方的振动子位于所述料盒的隔膜的上方，用于击打所述隔膜，使所述料盒中的陶瓷浆料喷射至所述台板上；

所述支承座，固定于所述料层铺设与刮平系统的支承板上，用于安装所述料筒、所述料盒和所述振动器；

所述导管，用于连接所述料筒与所述料盒。

4.根据权利要求1所述的陶瓷3D打印机，其特征在于，所述料层铺设与刮平系统包括刮刀、转轴、大步进电动机和小步进电动机、刀架、螺旋微调器、平板、支承块、支承板和第一滚珠丝杠-丝母运动副，其中：所述刮刀，位于所述台板的上方，通过所述转轴与所述小步进电动机的输出轴相连，用于将喷射在所述台板上的陶瓷浆料铺开并刮平；

所述转轴，所述转轴的中部与所述刮刀固定，所述转轴的外伸端与所述小步进电动机的输出轴相连，用于将所述小步进电动机的转动传递给所述刮刀；

所述小步进电动机，其底座与所述刀架相连，用于转动所述刮刀，使其相对所述台板表面有所需的倾角；

所述刀架，其底部固定在所述料层铺设与刮平系统的所述支承板上，用于安装所述刮刀；

所述螺旋微调器，固定在所述刀架的上方，用于调节所述刮刀相对所述台板的高度；

所述平板，固定在所述机身上，用于承载所述料层铺设与刮平系统；

所述支承块，与所述第一滚珠丝杠-丝母运动副连接，用于将所述滚珠丝杠-丝母运动副的运动传递给所述料层铺设与刮平系统；

所述支承板，位于所述支承块之上，用于所述支承块与所述刀架之间的连接；

所述第一滚珠丝杠-丝母运动副，位于所述平板之上，用于将所述大步进电动机的转动转化为往复平动。

5.根据权利要求1所述的陶瓷3D打印机，其特征在于，所述可升降工作台包括台板、气缸、连杆、销轴、支承架、滑动架、第二滚珠丝杠-丝母运动副、步进电动机、伸缩套和浆料盒回收盒，其中：所述台板，固定在所述气缸的活塞的上方，用于支承打印陶瓷工件；

所述气缸，所述气缸的上表面与所述台板的下表面相连，所述气缸中的活塞下面与所述连杆相连，用于驱动所述台板；

所述连杆，所述连杆的上面与所述活塞相连，所述连杆的下面通过所述销轴与所述支承架相连，用于将所述滑动架的上下运动传递给所述活塞和所述台板；

所述销轴，所述销轴的中部与所述连杆相连，所述销轴的两端与所述支承架的销孔相连，用于所述连杆与所述支承架的连接；

所述支承架，固定于所述滑动架上，用于支承所述连杆；

所述滑动架，所述滑动架的上部与所述支承架相连，所述滑动架的侧面与所述第二滚珠丝杠-丝母运动副相连，用于将所述第二滚珠丝杠-丝母运动副传递给所述支承架；

所述第二滚珠丝杠-丝母运动副，固定在所述机身的侧面，用于驱动所述台板；

所述步进电动机，固定于所述机身上，所述步进电动机的输出轴与所述第二滚珠丝杠-丝母运动副相连，用于产生所述滑动架的上下运动；

所述伸缩套，所述伸缩套的外缘与所述气缸的内孔配合，所述伸缩套的底部与所述气缸的活塞相连，用于所述气缸的内孔、所述活塞与陶瓷浆料之间的隔离；

所述浆料盒回收盒，安装在平台上，用于储存和回收打印中多余的陶瓷浆料。

6.根据权利要求1所述的陶瓷3D打印机，其特征在于，所述机身由型材和钢板组合而成。

7.根据权利要求4所述的陶瓷3D打印机，其特征在于，所述料层铺设与刮平系统用所述小步进电动机驱动所述刮刀，调节所述刮刀相对所述台板的倾斜角度，优化陶瓷浆料的铺设与刮平状态，避免陶瓷浆料表面出现波浪与凹坑，实现陶瓷浆料薄层的铺设与刮平。

8.根据权利要求5所述的陶瓷3D打印机，其特征在于，陶瓷浆料处于所述伸缩套中，不与所述气缸接触，避免陶瓷浆料中的陶瓷硬粒接触所述气缸活塞，从而防止所述活塞运动出现障碍和卡死。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的陶瓷3D打印机，其特征在于，打印机打印出的是高性能陶瓷。

说明书

一种陶瓷3D打印机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种3D打印机，尤其涉及一种可打印高性能陶瓷的3D打印机。

背景技术

[0002] 随着增材制造技术的迅速发展，近年来出现了多种陶瓷3D打印机，按照这些打印机的原材料适用范围可归纳为两种，其中一种是用于打印传统陶瓷材料，另一种是用于打印高性能陶瓷材料。传统陶瓷以粘土为主要原料，通常用于制作日用品和工艺品，强度较低。高性能陶瓷又称为精细陶瓷，一般以氧化物、氮化物、硅化物、硼化物、碳化物等为主要原料，性能好，用于制作工程器件(例如汽车和飞机的发动机部件)和功能器件(例如传感器)，是现代陶瓷材料的发展方向。

[0003] 中国发明专利CN 105751348 A提供的打印机是传统陶瓷3D打印机的典型(见图1和图2)，这种打印机的打印头30a由料筒31a、针头32a和气管34a等组成，气管34a与气压控制系统50a相连，气压力通过气管34a将料筒31a中的陶瓷浆料由针头32a挤出至台板40a上。并且，由于打印头30a相对X轴导轨22a和Y轴导轨21a、21b的运动，在台板40a上逐步构成一层层陶瓷件的2D图形，最终叠加成3D陶瓷素坯。这种3D打印机的结构比较简单，但是由于陶瓷浆料的粘度较大，而且又受驱动气压力的限制(通常最大为5～6大气压)，其针头32a的孔径不能太小，否则陶瓷浆料不能顺利地挤出。因此这种用气压力挤出浆料的3D打印机的打印分辨率较低，不可能成形高强度、高精度和具有细小特征的陶瓷件，只能用于一般陶瓷日用品和工艺品的制作，不能用于制作高性能陶瓷件。

[0004] 目前，打印高性能陶瓷的3D打印机主要有以下3种：

[0005] (1)粉末烧结(SLS)式陶瓷3D打印机

[0006] 图3是采用粉末烧结(SLS)式原理的陶瓷3D打印机，这种打印机采用高分子材料(粘结剂)包裹的陶瓷粉为成形原材料，通过激光熔化高分子材料，使陶瓷粉粘结成陶瓷素坯，然后在加热炉中进行脱脂和高温烧结处理得到陶瓷件。SLS式陶瓷3D打印机由CO2激光器(或Nd:YAG激光器)3b、X-Y扫描振镜1b、供粉缸9b(2个)和成形缸6b，以及铺粉辊12b等组成。这种打印机的工作过程是：①供粉缸9b中的活塞10b向上移动一小层高度，使活塞上方的陶瓷粉11b高出供粉缸一小层高度。②供粉缸上方的铺粉辊12b沿水平方向自左向右运动，在工作台8b的上方铺一层陶瓷粉。③工作台上方的加热系统(未示出)将工作台上的陶瓷粉预热至低于烧结点的温度。④激光器发出的激光束2b经计算机控制的振镜1b反射后，按照陶瓷件截面轮廓的信息，对工作台上的陶瓷粉进行选区扫描，使陶瓷粉中的高分子粘结剂的温度升至熔化点，使陶瓷粉相互粘结，得到陶瓷件的一层截面片。⑤一层成形完成后，工作台下降一小层高度，再进行下一层的铺粉和烧结，如此循环，得到陶瓷素坯。

[0007] 上述粉末烧结(SLS)式陶瓷3D打印方法的缺点是成形陶瓷件的致密度较低，仅能达到理论密度的53-65％,因此强度也较低，需要再进行后处理来提高其密度与强度。

[0008] (2)粉末熔化(SLM)式陶瓷3D打印机

[0009] 粉末熔化(SLM)式陶瓷3D打印机的结构类似于图3，不同的是采用纯陶瓷粉(不含高分子粘结剂)为成形原材料，用激光将陶瓷粉加热至熔点(例如，对于氧化钇稳定氧化锆陶瓷为2715℃)，使陶瓷粉粘结成形。这种方法可以得到100％理论密度的陶瓷件，但是表面较粗糙度、尺寸精度较低，而且由于激光功率较大，会产生较大的温度梯度，在陶瓷粉快速熔化和凝固过程中，会在陶瓷件内部产生裂纹和气孔。

[0010] (3)光固化(SLA)式陶瓷3D打印机

[0011] 光固化(SLA)式陶瓷3D打印机采用陶瓷粉粒分散在光固化溶液(树脂基或水基)中构成的陶瓷浆料为成形原材料，然后使浆料在紫外光作用下，逐层固化成陶瓷素坯，再在加热炉中进行脱蜡和高温烧结，得到陶瓷件。这种方法能得到99％理论密度的高致密度、高强度陶瓷件。目前，国外生产的光固化(SLA)式陶瓷3D打印机主要有以下两种典型结构。

[0012] 图4是奥地利Lithoz公司生产的CeraFab陶瓷3D打印机，这种打印机采用LCM(Lithography-based Ceramic Manufacturing)技术，用下置的LED光源5c，通过动态数字掩模产生的光束4c，将陶瓷工件的CAD模型的一层层截面图形，经过可旋转的透明料盒3c，投影至上方由陶瓷粉与光敏树脂混合而成的浆料7c上，使相应的图形固化，构成由一层层截面粘结而成的陶瓷素坯6c，然后，将此素坯置于脱脂炉中加热，去除其中的树脂，再置于高温炉中烧结成致密的陶瓷工件。

[0013] 上述CeraFab陶瓷3D打印机通过动态数字掩模产生的图形有很高的分辨率，因此，能成形高精度和具有细小特征的高性能陶瓷件，打印的氧化锆陶瓷件烧结后的4点弯曲强度可达650MPa，密度可达理论密度的99.1％。

[0014] 这种打印机的缺点是：(1)由于下置光源从下而上照射在透光料盒3的底部，使邻近料盒底部的陶瓷浆料7c固化，这层固化的截面常常会误粘在料盒底部，致使成形件6c损坏，因此不得不在料盒底部敷设一层特殊的不粘薄膜，并附加摆脱粘底的动作，既费钱又影响效率。这种问题在使用高粘度陶瓷浆料时更为突出。(2)陶瓷浆料7c置于可旋转料盒中，依靠浆料的自流能力和刮板2c的转动来实现每层截面的加料和铺料，因此难于采用粘度较高的浆料。(3)受动态数字掩模尺寸的限制，难于打印大尺寸的陶瓷件，而且无法分别自动调节通过掩模所覆盖的各个位置的光强，致使打印工艺难于实现优化。

[0015] 图5是法国3D CERAM公司生产的Ceramaker陶瓷3D打印机，这种打印机使置于上部的紫外激光器1d发出的激光束，通过X-Y扫描振镜2d，照射至工作台3d上由陶瓷粉与光敏树脂混合而成的浆料7d上，构成由一层层截面粘结而成的陶瓷素坯，然后，将此素坯置于脱脂炉中加热，去除其中的树脂，再置于高温炉中烧结成致密的陶瓷件。

[0016] 上述Ceramaker陶瓷3D打印机的激光束有很高的分辨率，因此，能成形高精度和具有细小特征的高性能陶瓷件，打印的氧化锆陶瓷件烧结后的3点弯曲强度可达1100MPa，密度可达理论密度的99％。

[0017] 这种打印机的缺点是：(1)浆料7d置于浆料缸5d的活塞之上，通过活塞的向上运动和刮板6d的水平运动，来实现每层截面的加料和铺料，这种加料方式占用较大的面积，不利于打印大尺寸的陶瓷件。(2)浆料缸5d和成形缸4d中的密封难度较大，浆料中的陶瓷硬颗粒会进入密封处，可能造成浆料缸5d和成形缸4d的活塞运动障碍、甚至卡死，这种问题在使用高陶瓷容积含量(即固相比)、高粘度的陶瓷浆料时更为突出。

[0018] 决定陶瓷3D打印件品质的一个关键是，陶瓷与树脂混合而成的浆料的固相比，固相比较高，也即表示浆料中所含树脂容积较低，在后续脱脂工序中树脂易于气化和排除，烧结后的陶瓷件收缩率小、翘曲变形小、密度高、强度好。但是，随着陶瓷浆料固相比的增加，浆料的粘度也会显著升高。因此，采用高固相比陶瓷浆料是陶瓷3D打印技术的发展趋势，但是，又必须解决随之而来高粘度陶瓷浆料造成的困难。在上述CeraFab和Ceramaker两种高性能陶瓷3D打印机的缺点中，最突出的问题也是因高粘度陶瓷浆料产生的。

发明内容

[0019] 以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

[0020] 本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种陶瓷3D打印机，能采用高固相比、高粘度的陶瓷浆料连续可靠地打印陶瓷件。

[0021] 本发明的技术方案为：本发明揭示了一种陶瓷3D打印机，包括：

[0022] 激光扫描系统，用激光束固化光敏的陶瓷浆料；

[0023] 加料系统，向台板供给陶瓷浆料；

[0024] 料层铺设与刮平系统，使陶瓷浆料在台板上形成均匀薄层；

[0025] 可升降工作台，承载打印成形的工件，实现打印过程中工件的竖直方向的运动；

[0026] 机身，承载打印机的所有系统与机构；

[0027] 控制系统，控制打印机的各种动作。

[0028] 根据本发明的陶瓷3D打印机的一实施例，所述激光扫描系统包括激光器、冷却器、X-Y扫描振镜、聚焦透镜和可调支承座，其中：

[0029] 所述激光器，固定于所述可调支承座上，产生固化陶瓷浆料的激光束；

[0030] 所述冷却器，置于打印机的后方，用于冷却所述激光器；

[0031] 所述X-Y扫描振镜，置于所述激光器前方的外光路上，用于根据所述控制系统的指令，使所述激光器发出的激光束在水平X-Y方向进行扫描运动；

[0032] 所述聚焦透镜，置于所述X-Y扫描振镜的下方，用于使所述X-Y扫描振镜反射出的光束聚焦；

[0033] 所述可调支承座，固定在所述激光器的下方的机身上，用于支承所述激光器和调节所述激光器的在竖直方向和水平方向上的位置。

[0034] 根据本发明的陶瓷3D打印机的一实施例，所述加料系统包括料筒、料盒、振动器、支承座和导管，其中：

[0035] 所述料筒，固定于所述支撑座的右部，所述料筒上方进口与气动控制系统相连，所述料筒下方出口通过所述导管与所述料盒的进口相连，用于储存和输送陶瓷浆料；

[0036] 所述料盒，固定于所述支撑座的中部，所述料盒的进口通过所述导管与所述料筒的出口相连，所述料盒上部的隔膜位于所述振动器的下方，所述料盒下部的缝隙对准所述台板，用于供应所述台板上所需的陶瓷浆料；

[0037] 所述振动器，固定于所述料盒上方的所述支承座上，所述振动器的电路与所述控制系统相连，所述振动器下方的振动子位于所述料盒的隔膜的上方，用于击打所述隔膜，使所述料盒中的陶瓷浆料喷射至所述台板上；

[0038] 所述支承座，固定于所述料层铺设与刮平系统的支承板上，用于安装所述料筒、所述料盒和所述振动器；

[0039] 所述导管，用于连接所述料筒与所述料盒。

[0040] 根据本发明的陶瓷3D打印机的一实施例，所述料层铺设与刮平系统包括刮刀、转轴、大步进电动机和小步进电动机、刀架、螺旋微调器、平板、支承块、支承板和滚珠丝杠-丝母运动副，其中：

[0041] 所述刮刀，位于所述台板的上方，通过所述转轴与所述小步进电动机的输出轴相连，用于将喷射在所述台板上的陶瓷浆料铺开并刮平；

[0042] 所述转轴，所述转轴的中部与所述刮刀固定，所述转轴的外伸端与所述小步进电动机的输出轴相连，用于将所述小步进电动机的转动传递给所述刮刀；

[0043] 所述小步进电动机，其底座与所述刀架相连，用于转动所述刮刀，使其相对所述台板表面有所需的倾角；

[0044] 所述刀架，其底部固定在所述料层铺设与刮平系统的所述支承板上，用于安装所述刮刀；

[0045] 所述螺旋微调器，固定在所述刀架的上方，用于调节所述刮刀相对所述台板的高度；

[0046] 所述平板，固定在所述机身上，用于承载所述料层铺设与刮平系统；

[0047] 所述支承块，与所述滚珠丝杠-丝母运动副连接，用于将所述滚珠丝杠-丝母运动副的运动传递给所述料层铺设与刮平系统；

[0048] 所述支承板，位于所述支承块之上，用于所述支承块与所述刀架之间的连接；

[0049] 所述第一滚珠丝杠-丝母运动副，位于所述平板之上，用于将所述大步进电动机的转动转化为往复平动。

[0050] 根据本发明的陶瓷3D打印机的一实施例，所述可升降工作台包括台板、气缸、连杆、销轴、支承架、滑动架、第二滚珠丝杠-丝母运动副、步进电动机、伸缩套和浆料盒回收盒，其中：

[0051] 所述台板，固定在所述气缸的活塞的上方，用于支承打印陶瓷工件；

[0052] 所述气缸，所述气缸的上表面与所述台板的下表面相连，所述气缸中的活塞下面与所述连杆相连，用于驱动所述台板；

[0053] 所述连杆，所述连杆的上面与所述活塞相连，所述连杆的下面通过所述销轴与所述支承架相连，用于将所述滑动架的上下运动传递给所述活塞和所述台板；

[0054] 所述销轴，所述销轴的中部与所述连杆相连，所述销轴的两端与所述支承架的销孔相连，用于所述连杆与所述支承架的连接；

[0055] 所述支承架，固定于所述滑动架上，用于支承所述连杆；

[0056] 所述滑动架，所述滑动架的上部与所述支承架相连，所述滑动架的侧面与所述第二滚珠丝杠-丝母运动副相连，用于将所述第二滚珠丝杠-丝母运动副传递给所述支承架；

[0057] 所述第二滚珠丝杠-丝母运动副，固定在所述机身的侧面，用于驱动所述台板；

[0058] 所述步进电动机，固定于所述机身上，所述步进电动机的输出轴与所述第二滚珠丝杠-丝母运动副相连，用于产生所述滑动架的上下运动；

[0059] 所述伸缩套，所述伸缩套的外缘与所述气缸的内孔配合，所述伸缩套的底部与所述气缸的活塞相连，用于所述气缸的内孔、所述活塞与陶瓷浆料之间的隔离；

[0060] 所述浆料盒回收盒，安装在所述平台上，用于储存和回收打印中多余的陶瓷浆料。

[0061] 根据本发明的陶瓷3D打印机的一实施例，所述机身由型材和钢板组合而成。

[0062] 根据本发明的陶瓷3D打印机的一实施例，所述加料系统用气压输送陶瓷浆料，用所述振动器使所述隔膜发生快速弹性变形，迫使所述隔膜下方的所述料盒中的陶瓷浆料通过所述缝隙的出口均匀喷射至所述台板上，从而实现陶瓷浆料的定时、定量准确加料。

[0063] 根据本发明的陶瓷3D打印机的一实施例，所述料层铺设与刮平系统用所述小步进电动机驱动所述刮刀，调节所述刮刀相对所述台板的倾斜角度，优化陶瓷浆料的铺设与刮平状态，避免陶瓷浆料表面出现波浪与凹坑，实现陶瓷浆料薄层的铺设与刮平。

[0064] 根据本发明的陶瓷3D打印机的一实施例，陶瓷浆料处于所述伸缩套中，不与所述气缸接触，避免陶瓷浆料中的陶瓷硬粒接触所述气缸活塞，从而防止所述活塞运动出现障碍和卡死。

[0065] 根据本发明的陶瓷3D打印机的一实施例，打印机打印出的是高性能陶瓷。

[0066] 本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明采用上照射式激光束通过X-Y扫描振镜，固化台板上由陶瓷粉与光敏树脂混合而成的高固相比陶瓷浆料，浆料由特殊设计的隔膜振动机构加料，用可变倾角刮刀的运动产生极薄的料层，用随动伸缩套防止承载陶瓷工件的活塞缸运动卡死。

附图说明

[0067] 图1示出了现有陶瓷3D打印机的示意图。

[0068] 图2示出了现有陶瓷3D打印机的打印头示意图。

[0069] 图3示出了现有粉末烧结(SLS)式陶瓷3D打印机的示意图。

[0070] 图4示出了现有CeraFab陶瓷3D打印机的示意图。

[0071] 图5示出了现有Ceramaker陶瓷3D打印机的示意图。

[0072] 图6示出了本发明的陶瓷3D打印机的实施例的示意图。

[0073] 图7示出了本发明的陶瓷3D打印机实施例中的激光扫描系统的示意图。

[0074] 图8示出了本发明的陶瓷3D打印机实施例中的加料系统的示意图。

[0075] 图9示出了本发明的陶瓷3D打印机实施例中的料层铺设与刮平系统的示意图。

[0076] 图10和图11示出了本发明的陶瓷3D打印机实施例中的可升降工作台的示意图。

具体实施方式

[0077] 在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

[0078] 图6示出了本发明的陶瓷3D打印机的实施例的组成示意图。请参见图6，本实施例的陶瓷3D打印机主要包括：激光扫描系统100、加料系统200、料层铺设与刮平系统300、可升降工作台400、机身500和控制系统(未示出)。本发明的陶瓷3D打印机打印出的是高性能陶瓷。激光扫描系统100用激光束固化光敏的陶瓷浆料。加料系统200向台板供给陶瓷浆料。料层铺设与刮平系统300使陶瓷浆料在台板上形成均匀薄层。可升降工作台400承载打印成形的工件，实现打印过程中工件的竖直方向的运动。机身500承载打印机的所有系统与机构，一般由型材和钢板组合而成。控制系统为计算机数控系统，控制打印机的各种动作。

[0079] 请参见图7，激光扫描系统100包括激光器10、冷却器(未示出)、X-Y扫描振镜11、聚焦透镜12和可调支承座13。激光器10固定于可调支承座13上，产生固化陶瓷浆料的激光束。冷却器置于打印机的后方，用于冷却激光器10。X-Y扫描振镜11置于激光器10前方的外光路上，用于根据控制系统的指令，使激光器10发出的激光束在水平X-Y方向进行扫描运动。聚焦透镜12置于X-Y扫描振镜11的下方，用于使X-Y扫描振镜11反射出来的光束聚焦。可调支承座13固定在激光器10的下方的机身上，用于支承激光器10和调节激光器10在竖直方向和水平方向上的位置。

[0080] 在激光扫描系统100的具体工作中，激光器10发出激光束，此光束投射在X-Y扫描振镜11上，根据控制系统的指令，光束会在水平X-Y方向进行扫描运动，然后通过聚焦透镜12形成小光斑并照射在下方台板49(参见图11)的陶瓷浆料上(未示出)，使其固化为工件的一层截面图形。冷却器冷却激光器10。

[0081] 请参见图8，加料系统200包括料筒21、料盒24、振动器26、支承座27、导管。料筒21固定于支承座27的右部，料筒上方进口与气动控制系统(气动控制系统是控制系统中的一部分)相连，料筒下方出口通过导管与料盒24的进口相连，用于储存和输送陶瓷浆料。料盒24固定于支承座27的中部，料盒24的进口通过导管与料筒21的出口相连，料盒24上部的隔膜23位于振动器26的下方，料盒24下部的缝隙对准台板49，用于供应台板49上所需的陶瓷浆料。振动器26固定于料盒24上方的支承座27上，振动器26的电路与控制系统相连，振动器
26下方的振动子25位于料盒24的隔膜的上方，用于击打隔膜23，使料盒24中的陶瓷浆料喷射至台板49上。支承座27固定于料层铺设与刮平系统300的支承板42上，用于安装料筒21、料盒24和振动器26。导管用于连接料筒21与料盒24。

[0082] 在加料系统200工作过程中，加料系统200利用气压输送陶瓷浆料。料筒21内储存陶瓷浆料(未示出)，气动控制系统(未示出)通过料筒21的上进口施加压力，驱使料筒21中的浆料从其下出口经导管22和料盒24的进口流至料盒24中。根据控制系统的指令，振动器26的振动子25击打隔膜23发生快速弹性变形，迫使料盒24中隔膜23之下的浆料通过料盒24底部的小缝隙(未示出)均匀喷射至台板49上(参见图11)，从而实现陶瓷浆料的定时、定量准确加料。

[0083] 请参见图9，料层铺设与刮平系统300包括刮刀36、转轴37、大步进电动机30和小步进电动机34、刀架35、螺旋微调器33、平板、支承块40、支承板27、滚珠丝杠-丝母运动副31。刮刀36位于台板49的上方，通过转轴37与小步进电动机34的输出轴相连，用于将喷射在台板49上的陶瓷浆料铺开并刮平。转轴37的中部与刮刀36固定，转轴37的外伸端与小步进电动机34的输出轴相连，用于将小步进电动机34的转动传递给刮刀36。小步进电动机34的底座与刀架35相连，用于转动刮刀36，使其相对台板49表面有所需的倾角。刀架35底部固定在料层铺设与刮平系统300的支承板27上，用于安装刮刀36。螺旋微调器33固定在刀架35的上方，用于调节刮刀36相对台板49的高度。平板固定在机身上，用于承载料层铺设与刮平系统
300。支承块40与滚珠丝杠-丝母运动副31连接，用于将滚珠丝杠-丝母运动副31的运动传递给料层铺设与刮平系统300。支承板27位于支承块之上，用于支承块40与刀架35之间的连接。滚珠丝杠-丝母运动副31位于平板之上，用于将大步进电动机30的转动转化为往复平动。

[0084] 在料层铺设与刮平系统300的工作过程中，刮刀36可由小步进电动机34经过转轴37驱动，从而调节刮刀36相对台板49的倾角(参见图11)，以便根据陶瓷浆料的粘度大小优化浆料薄层的刮平效果，避免陶瓷浆料表面出现波浪与凹坑，实现陶瓷浆料薄层的铺设与刮平。拧动螺旋微调器33上的螺旋，可调节刮刀36相对台板49的高度，从而调节刮平的浆料层厚。在大步进电动机30的驱动下，通过与其相连的滚珠丝杠-丝母运动副31、支承块40、刀架35和支承板27，可使加料系统200和料层铺设与刮平系统300沿Y向往复运动，实现加料和料层铺设与刮平动作。

[0085] 请参见图10和图11，可升降工作台400包括台板49、气缸58、连杆52、销轴53、支承架54、滑动架55、滚珠丝杠-丝母运动副56、步进电动机57、伸缩套50和浆料盒回收盒51。台板49固定在气缸58的活塞的上方，用于支承打印陶瓷工件。气缸58的上表面与台板49的下表面相连，气缸58中的活塞下面与连杆52相连，用于驱动台板49。连杆52的上面与活塞相连，连杆52的下面通过销轴53与支承架54相连，用于将滑动架55的上下运动传递给活塞和台板49。销轴53的中部与连杆52相连，销轴53的两端与支承架54的销孔相连，用于连杆52与支承架54的连接。支承架54固定于滑动架55上，用于支承连杆52。滑动架55的上部与支承架54相连，滑动架55的侧面与滚珠丝杠-丝母运动副56相连，用于将滚珠丝杠-丝母运动副56传递给支承架54。滚珠丝杠-丝母运动副56固定在机身的侧面，用于驱动台板49。步进电动机57固定于机身上，步进电动机57的输出轴与滚珠丝杠-丝母运动副56相连，用于产生滑动架5的上下运动。请参见图11，伸缩套50的外缘与气缸58的内孔配合，伸缩套50的底部与气缸58的活塞相连，用于气缸58的内孔、活塞与陶瓷浆料之间的隔离。浆料盒回收盒51安装在平台32(参见图10)上，其底部出口(未示出)与回收泵(未示出)相连，用于储存和回收打印中多余的陶瓷浆料。

[0086] 在可升降工作台400的工作过程中，步进电动机57通过滚珠丝杠-丝母运动副56、滑动架55、支承架54、销轴53、连杆52和气缸58中的活塞(未示出)，驱动台板49沿Z方向往复运动。陶瓷浆料处于伸缩套50中，不与气缸58接触，避免陶瓷浆料中的陶瓷硬粒接触气缸活塞，从而防止活塞运动出现障碍和卡死。

[0087] 采用本发明的上述实施例的结构后，根据工件的CAD模型，可以打印成形高性能陶瓷件。

[0088] 提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。