[發(fā)明專(zhuān)利]一種3D打印一體化制造堇青石蜂窩陶瓷載體的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811038113.5
• 申請(qǐng)日: 2018-09-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109095912A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳張偉;勞長(zhǎng)石;何奕;劉呈搏;李俊杰;李楊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/195
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/195;C04B38/00;C04B35/622;B33Y50/02;B33Y10/00
• 代理公司: 深圳市君勝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發(fā)明公開(kāi)了一種3D打印一體化制造堇青石蜂窩陶瓷載體的方法，根據(jù)通孔的基本參數(shù)以及其排列方式與堇青石多孔蜂窩陶瓷載體的孔密度、比表面積以及通孔率之間的關(guān)系，利用規(guī)則或不規(guī)則幾何形狀以及常規(guī)平行或異形交叉通孔為多孔陶瓷載體的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，獲得了具有高比表面積，良好力學(xué)性能的多孔蜂窩結(jié)構(gòu)；采用光固化3D打印工藝，實(shí)現(xiàn)了堇青石多孔蜂窩陶瓷載體的一體化設(shè)計(jì)和3D打印制造；建立了一套面向多孔蜂窩狀陶瓷件微觀與宏觀三維結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計(jì)與快速制造的工藝方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多孔蜂窩陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種3D打印一體化制造堇青石蜂窩陶瓷載體的方法。

背景技術(shù)

堇青石多孔蜂窩陶瓷載體，是由堇青石粉末經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成型工藝處理后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)得到的多孔蜂窩狀陶瓷載體，堇青石多孔蜂窩陶瓷載體具有許多優(yōu)異性能,例如：1、比表面積大，多孔蜂窩陶瓷載體由眾多的直通平行孔道組成，孔形大都以方形，三角形為主，其較高的孔密度和通孔率使得其具很大的比表面積；2、耐高溫，堇青石材料熔點(diǎn)高達(dá)1450℃；3、熱穩(wěn)定性好，堇青石材料的熱膨脹系數(shù)很低，它能夠承受溫度的急劇變化；4、原料易得，堇青石資源廣泛存在于大自然中，其原料易得且價(jià)格低廉。

堇青石多孔蜂窩陶瓷載體早在20世紀(jì)70年代就被人們所使用，如今隨著蜂窩陶瓷制造技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)很成熟，目前市場(chǎng)主流的堇青石多孔蜂窩陶瓷載體主要由美國(guó)的Corning公司以及日本的NGK公司生產(chǎn)制造，其加工方式為傳統(tǒng)擠出成形方式，傳統(tǒng)擠出成形存在問(wèn)題主要是精度低，模具設(shè)計(jì)制造周期長(zhǎng)，不能加工成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)(如不同角度交叉通孔結(jié)構(gòu))等。

光固化技術(shù)，包括立體光固化工藝(SLA)和數(shù)字光處理面曝光光固化工藝(DLP)，是3D打印技術(shù)的一種，其原理是經(jīng)光源精準(zhǔn)照射每一層的光敏陶瓷漿料使其固化成形，隨后升降臺(tái)上升一個(gè)層厚的高度，刮刀刮平光敏陶瓷漿料，光源繼續(xù)照射固化下一層光敏漿料，這樣層層疊加從而得到所設(shè)計(jì)的三維零件結(jié)構(gòu)。將光敏樹(shù)脂與堇青石粉末和其他添加劑按特定配比混合可以得到光敏陶瓷漿料，經(jīng)光固化3D打印技術(shù)制造可以快速得到堇青石多孔蜂窩陶瓷載體素坯件。與傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)工藝如擠出成形等相比，光固化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和先進(jìn)性在于高精度、自由設(shè)計(jì)、不需要模具、可制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)。而且相較于目前在高分子和金屬領(lǐng)域應(yīng)用比較成熟的選擇性激光燒結(jié)/熔化(SLS/SLM)3D打印工藝，光固化工藝在制造陶瓷零件方面具有更明顯的優(yōu)勢(shì)，其制造的陶瓷零件擁有更高表面精度、更低表面粗糙度、更致密材料分布以及更均勻的材料性能。因此光固化技術(shù)，特別是目前先進(jìn)的具有更高效率的數(shù)字光處理面曝光光固化(DLP)3D打印工藝在陶瓷零件制造領(lǐng)域比其他3D打印工藝具有更好的應(yīng)用前景，目前已成為業(yè)界最為推崇的一種陶瓷3D打印工藝。

但是目前針對(duì)堇青石多孔蜂窩陶瓷載體研發(fā)方面，現(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有一款經(jīng)光固化技術(shù)加工制得具有優(yōu)異性能和一體化設(shè)計(jì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的堇青石多孔蜂窩陶瓷載體，也就是說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)中制作出來(lái)的堇青石多孔蜂窩陶瓷載體質(zhì)量無(wú)法滿(mǎn)足要求，并且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的堇青石多孔蜂窩陶瓷載體制作成功率較低，無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種3D打印一體化制造堇青石蜂窩陶瓷載體的方法，旨在根據(jù)通孔的基本參數(shù)以及其排列方式與堇青石多孔蜂窩陶瓷載體的孔密度、比表面積以及通孔率之間的關(guān)系，利用規(guī)則或不規(guī)則幾何形狀以及常規(guī)平行或異形交叉通孔為多孔陶瓷載體的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，獲得具有高比表面積，良好力學(xué)性能的多孔蜂窩結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下：

一種3D打印一體化制造堇青石蜂窩陶瓷載體的方法，其中，所述3D打印一體化制造堇青石蜂窩陶瓷載體的方法包括：

根據(jù)多孔陶瓷載體的預(yù)設(shè)要求，獲取多孔陶瓷載體的宏觀結(jié)構(gòu)模形，確定堇青石多孔蜂窩陶瓷載體的外形結(jié)構(gòu)；