一种冻结陶瓷浆料3D打印机构转让专利
申请号 : CN201911229277.0
文献号 : CN111070375B
文献日 : 2021-11-12
发明人 : 张耿 , 陈桦 , 曹岩 , 刘宝龙 , 刘峥 , 房亚东
申请人 : 西安工业大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种冻结陶瓷浆料3D打印机构,其特征在于:包括刮料装置(1)、冷冻装置(2)、工作台(3)、激光扫描装置(4)、升降台(5)和低温箱(6);
所述刮料装置(1)包括水平移动滑块(101)和刮刀(102),且刮刀(102)与水平移动滑块(101)固定连接,所述刮料装置(1)与工作台(3)的上表面连接,且沿X方向滑移配合,所述刮刀(102)的下边缘与工作台(3)上表面接触配合;
所述刮刀(102)包括进料口(102c)、缓冲仓(102b)和出料口(102a),所述进料口(102c)为圆形,所述出料口(102a)为长方形,所述进料口(102c)与缓冲仓(102b)的接口为圆形且接口位于缓冲仓(102b)的下方,所述出料口(102a)与缓冲仓(102b)接口为长方形且接口位于缓冲仓(102b)的上方;
所述冷冻装置(2)包括冷冻液盒(201)、加热器(202)和冷冻板(203),且冷冻液盒(201)、加热器(202)和冷冻板(203)三者固定连接,所述冷冻液盒(201)的内部注入冷冻液,所述冷冻板(203)位于冷冻液盒(201)的底部且保持与冷冻液充分接触,所述加热器(202)包覆于冷冻板(203)的外表面,所述冷冻装置(2)与水平移动滑块(101)沿Z方向滑移配合;
所述工作台(3)包括箱体(303)以及设置于其内部的加工室(301)和废料室(302);
所述激光扫描装置(4)位于加工室(301)的正上方;
所述升降台(5)与加工室(301)的内壁沿Z方向滑移配合;
所述低温箱(6)位于工作台(3)的下方,且加工室(301)位于低温箱(6)的内部。
2.根据权利要求1所述的冻结陶瓷浆料3D打印机构,其特征在于:所述冷冻液盒(201)为隔热材质,且其上端设置有漏斗状进液口。
3.根据权利要求1所述的冻结陶瓷浆料3D打印机构,其特征在于:所述冷冻液为液氮。
4.根据权利要求1所述的冻结陶瓷浆料3D打印机构,其特征在于:所述冷冻板(203)和升降台(5)均为高导热金属材质。
5.根据权利要求4所述的冻结陶瓷浆料3D打印机构,其特征在于:所述高导热金属材质为金、银、铜中的一种。
6.根据权利要求1所述的冻结陶瓷浆料3D打印机构,其特征在于:所述冷冻板(203)内设置有温度传感器。
7.根据权利要求1所述的冻结陶瓷浆料3D打印机构,其特征在于:所述冷冻板(203)的下表面面积大于加工室(301)开口面积,且冷冻板(203)下表面可完全覆盖加工室(301)开口。
8.根据权利要求1所述的冻结陶瓷浆料3D打印机构,其特征在于:所述冷冻板(203)随水平移动滑块(101)移动至加工室(301)正上方时,所述刮刀(102)位于废料室(302)上方。
9.根据权利要求1所述的冻结陶瓷浆料3D打印机构,其特征在于:所述升降台(5)垂直移动时与加工室(301)内壁做活塞运动。
10.根据权利要求1所述的冻结陶瓷浆料3D打印机构,其特征在于:所述低温箱(6)的内部恒温为0~‑50℃。
11.根据权利要求1所述的冻结陶瓷浆料3D打印机构,其特征在于:所述激光扫描装置(4)为X‑Y双坐标激光扫描装置、振镜激光扫描装置中的一种,且激光扫描装置(4)对冻结料层的作用为切割或者固化。
说明书 :
一种冻结陶瓷浆料3D打印机构
技术领域
背景技术
陶瓷成型工艺为烧结生坯工艺,较成熟的生坯成型工艺包括挤压成型、压延成型、注射成
型、注浆成型、流延成型、凝胶注模成型和直接凝固注模成型,这些工艺的基本流程包括:首
先以粉料、水和添加剂等制备陶瓷浆料,其次通过一定的方式(挤、压、注等)使材料填充进
模具中,并使材料凝固成型,最后经过高温烧结制得陶瓷零件。基于陶瓷粉末的成型方法有
干压成型法和等静压成型法等。这些陶瓷成型工艺根据自身的特点可用于加工不同形状的
陶瓷零件,如管状、板状、薄膜状和复杂三维形状等,但它们共同的缺点是需要预先制备模
具,由此产生的模具设计、加工、脱模等过程不仅增加了加工的周期和成本,还造成一些特
殊形状零件无法加工。这些因素制约了陶瓷材料的推广应用。为解决传统方法难以对陶瓷
材料进行成型的问题,国内外学者提出了许多针对性的先进成型技术,其中陶瓷材料3D打
印技术成为当下的研究热点;
术研究最为广泛,如光固化法(SL)、陶瓷激光凝胶(CLG)、分层浆料沉积(layer‑wise
slurry deposition, LSD)、陶瓷激光烧结(ceramic laser sintering, CLS)、陶瓷激光熔
覆(ceramic laser fusion, CLF)、冷冻挤出成型(freeze form extrusion fabrication,
FEF)、陶瓷/莰烯三维挤出法(3D ceramic/camphene‑based extrusion, 3D‑Ex)、直接喷墨
3D打印(direct inkjet printing, DIP)等。其中SL、CLG、FEF、3D‑Ex、DIP等方法为避免加
工中坯体的变形,不得不为零件设计、加工支撑结构,增加了成本。LSD、CLS、CLF等通过先整
层加热干燥再激光扫描的方式,利用浆料失水干燥硬化的特点提高了3D打印加工稳定性,
但为了避免高温造成料层沸腾、收缩、开裂、变形,这些方法干燥固化料层耗时较长,加工效
率不高。
发明内容
程的控制实现零件微观结构的改善。
接触配合;
冻液充分接触,所述加热器包覆于冷冻板的外表面,所述冷冻装置与水平移动滑块沿Z方向
滑移配合;
冲仓接口为长方形且接口位于缓冲仓的上方。
获得不同孔隙结构的微米级多孔陶瓷;
级细密孔隙结构陶瓷;
比强度高等优点。
附图说明
工室,302、废料室,303、箱体,4、二氧化碳激光扫描装置,5、升降台,6、低温箱。
具体实施方式
本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例,都属于本发明保护的范围。
面接触配合,通过步进电机驱动刮料装置1沿X方向滑移;
长方形且接口位于缓冲仓上方;
填入真空泥进行密封,冷冻液盒201内部注入液氮,且保持液氮与冷冻液203充分接触;柔性
硅胶加热器202包覆于冷冻板203外表面;冷冻板203圆柱面上黏贴片式热电偶,通过柔性硅
胶加热器202控制冷冻板203温度为‑100℃;冷冻装置2通过滚珠丝杠连接在水平移动滑块
101左侧,通过步进电机驱动冷冻装置2沿Z方向滑移;
继续送入浆料使浆料从出料102a均匀挤出;同时步进电机驱动刮料装置1沿X方向向右滑移
并在升降台5上铺设一层浆料;刮料装置1继续沿X方向向右滑移,刮刀102将多余浆料送入
废料室302,此时冷冻板203位于加工室301正上方,步进电机驱动冷冻板203向下运动至于
料层上表面接触,待料层冻结后,步进电机驱动冷冻板203上移回到初始高度,同时步进电
机驱动滑块101左移回到初始位置;
和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。