[發明專利]一種可以實現陶瓷零件坯體精密成形的3D打印機及方法

有效

• 申請號: 201710487550.4
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107053429B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 鄒斌;邢宏宇;郭鵬;付祥松;王鵬;黃傳真
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B28B13/02;B28B17/00;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種可以實現陶瓷零件坯體精密成形的3D打印機及方法，它解決了現有技術中漿料涂抹均勻性差、精度低的問題，具有提高陶瓷零件3D打印的精度的有益效果，其方案如下：打印機包括用于接收漿料的成型平臺；鋪料機構，鋪料機構包括鋪料筒單元，鋪料筒單元包括鋪料筒，鋪料筒內設置可旋轉的擠料絲杠，鋪料筒底部設置朝向成型平臺的出口；設于成型平臺兩側的水平移動機構，水平移動機構之間設置刮料板，刮料板設于鋪料筒的下方或者鋪料筒的下側方，鋪料筒的兩側分別設于水平移動機構以帶動鋪料筒的水平運動，并通過鋪料筒的移動帶動刮料板協同完成鋪料、刮平動作。

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，特別是涉及一種可以實現陶瓷零件坯體精密成形的3D打印機及方法，3D打印成形后的陶瓷坯體經過燒結后即可獲得高強度的具有復雜結構的陶瓷零件。

背景技術

陶瓷材料憑借其機械強度優良、生物相容性好、高溫性能穩定等特點，被廣泛應用于機械加工、生物醫學、航空航天等領域。但是，目前傳統的制造工藝已經無法滿足實際生產過程中對復雜形狀陶瓷零件的需求。同時陶瓷材料固有的脆性、硬度高等特征又導致其難以如金屬般進行精密、高效的減材加工。而基于光固化原理(StereoLithographyAppearance,SLA)的陶瓷3D打印技術有望克服以上困難，實現復雜形狀陶瓷零件的制備成型。光固化陶瓷3D打印以光敏特性陶瓷漿料為原料，以紫外激光器為觸發光源，層層固化漿料制作胚體；然后胚體經過脫脂、燒結等工藝得到所需的陶瓷零件。

基于光固化原理的陶瓷3D打印技術以層層疊加的模式完成零件胚體的制造，因此層厚的大小與均勻性對零件的精密性起到重要作用。比如，以3D打印技術制做球面形貌，鋪層厚度越小就會使球面梯度現象越弱，從而大大提高其表面成型精度。但是，光敏特性陶瓷漿料較高的粘度特性(～3000mPa·s)，導致漿料每層涂鋪的過程難以保證液面的均勻一致性，尤其在要求層厚極小(10μm～500μm)的精密制造過程中。粘性漿料涂鋪的不均勻性會大大降低陶瓷胚體的成形的精度，進而降低燒結后陶瓷零件的精密性。

現有技術中有3D打印機，但是其原料均僅限于低粘度的光敏樹脂材料，無法實現高粘度陶瓷漿料的固化成型；設備均基于SLA原理，適用于陶瓷胚體的3D成形，但是都未對每層漿料涂鋪均勻性、涂鋪厚度等精度問題做出相應的設計與報道。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種可以實現陶瓷零件坯體精密成形的3D打印機，通過該打印機可實現層厚(10μm～500μm)的精確控制，實現漿料每層鋪設的均勻一致性，最終獲得高精密及強度的復雜形狀陶瓷零件。

一種可以實現陶瓷零件坯體精密成形的3D打印機的具體方案如下：

一種可以實現陶瓷零件坯體精密成形的3D打印機，包括：

用于接收漿料的成型平臺；

成型平臺底部設置可帶動成型平臺上下移動的平臺升降機構；

鋪料機構，鋪料機構包括鋪料筒單元，鋪料筒單元包括鋪料筒，鋪料筒內設置可旋轉的擠料絲杠，鋪料筒底部設置朝向成型平臺的出口；

設于成型平臺兩側的水平移動機構，水平移動機構之間設置刮料板，刮料板設于鋪料筒的下方或者鋪料筒的下側方，鋪料筒的兩側分別設于水平移動機構以帶動鋪料筒的水平運動，并通過鋪料筒的移動帶動刮料板協同完成鋪料、刮平動作；刮料板速度可實現0～100mm/s范圍內的精確調節；

控制器，控制器與鋪料機構、水平移動機構分別單獨連接，控制器包括傳感反饋單元和機械運動控制單元，機械運動控制單元控制水平移動機構和鋪料機構的動作。

上述的打印機還包括激光掃描機構，激光掃描機構包括激光器和掃描振鏡組件，激光器發射的激光通過掃描振鏡組件后投射到成型平臺上對零件的每一層進行輪廓掃描固化，激光器波長355nm～405nm。