[發明專利]基于靜電吸附的陶瓷3D打印構建平臺、方法及系統

在審

• 申請號: 202310296785.0
• 申請日: 2023-03-24
• 公開（公告）號: CN116476193A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 趙毅
• 申請（專利權）人: 上海數造機電科技股份有限公司
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B28B17/00;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/00
• 代理公司: 上海匯知丞企知識產權代理有限公司 31468
• 代理人: 楊戩

本公開涉及一種基于靜電吸附的陶瓷3D打印構建平臺、方法及系統，涉及3D打印技術領域，其中，所述的方法，包括：根據打印模型與其所在陶瓷基板的位置關系，將設置在聚合物載物臺主體內的電極陣列劃分為內電極及外電極；利用與所述電極陣列及電源連接的程控開關，對所述內電極施加第一電壓，對所述外電極施加小于所述第一電壓的第二電壓；在打印過程中，維持所述第一電壓及所述第二電壓，直至打印結束。本公開實施例可實現陶瓷3D打印。

技術領域

本公開涉及3D打印技術領域，尤其涉及一種基于靜電吸附的陶瓷3D打印構建平臺、方法及系統。

背景技術

陶瓷3D打印技術作為一種新興的陶瓷成型工藝，有望突破傳統陶瓷加工和生產的技術瓶頸，為陶瓷關鍵零部件的開發與應用開辟了新的途徑。陶瓷3D打印無需模具，可制備任意形狀復雜結構，已受到了國內外學者和產業界的廣泛關注。在光固化3D打印陶瓷設備中(包括面曝光成型DLP工藝和立體光固化SLA成形工藝)，構建平臺起到了支撐打印件的作用。在紫外光的作用下，所制備的部件逐層固化于構建平臺，通過逐層累積完成部件制造，因此，打印的第一層牢固程度直接決定了樣品的打印成功率，打印件的剩余部分都將以此為基礎來構建，如果第一層沒有粘牢，會給后續打印造成問題，輕則造成材料浪費，重則損壞構建平臺或料槽，嚴重制約了裝備的可靠性。在實際運行過程中，由于陶瓷漿料固含量高，通常具有高吸光度和高折射率，限制了漿料的固化厚度，導致第一層的粘接更加困難。

為了實現打印基礎層良好的粘接效果，現有方法可歸納為兩條技術路線，第一種方法為增大第一層的曝光時間或減小打印層厚。第二種方法為構建平臺材料優選與構建表面微結構設計。下面對兩種方法展開詳述。(1)增大第一層的曝光時間或減小打印層厚：在打印設置程序中，增大第一層的曝光功率或曝光時間，這樣第一層復合材料的固化程度會顯著增大，減小打印層厚的原理類似，厚度減小后第一層固化難度降低，固化程度增大，從而與構建平臺的粘接強度提高。(2)表面微結構設計：采用與光敏樹脂粘接較好的鋁合金材質，鋁合金表面的一些微結構會與樹脂材料形成機械互鎖。或者也可采用滾花加工、陽極氧化等方式，在鋁合金表面構建復雜的表面微結構，從而增大粘接強度。

增大第一層的曝光時間會導致打印效率降低，減少層厚的方式存在打印失敗的風險：當層厚過小時，構建平臺甚至會與料槽相碰，導致兩者出現機械損傷。通過構建平臺表面材料優選與微結構設計可以顯著提高制件與平臺的粘接強度，但這也意味著制件卸載困難，制件取下后構建平臺表面仍可能存在殘留的固化物，需要進行反復清洗與打磨，在這過程中甚至會破壞構建平臺的表面結構，導致其使用壽命減短。

此外，由于3D打印時間通常較長，填料沉降問題不容忽視，對于倒置式構建平臺，填料沉降會導致固化參數改變，打印失敗的概率增大，更需要指出的是，填料沉降會造成陶瓷素胚內部填料分布不均勻，燒結時存在的內應力會導致部件開裂，嚴重降低制件質量。

發明內容

本公開提出了一種基于靜電吸附的陶瓷3D打印構建平臺、方法及系統技術方案。

根據本公開的一方面，提供了一種基于靜電吸附的陶瓷3D打印構建方法，包括：

根據打印模型與其所在陶瓷基板的位置關系，將設置在聚合物載物臺主體內的電極陣列劃分為內電極及外電極；

利用與所述電極陣列及電源連接的程控開關，對所述內電極施加第一電壓，對所述外電極施加小于所述第一電壓的第二電壓；

在打印過程中，維持所述第一電壓及所述第二電壓，直至打印結束。

優選地，所述第一電壓及所述第二電壓的確定方法，包括：

獲取所述陶瓷基板的參數、所述打印模型的質量和體積，并基于所述參數、所述質量和所述體積確定施加所述內電極的夾緊電壓；

獲取所述陶瓷基板的陶瓷漿料中陶瓷顆粒受到的靜電吸附力及自身重力，并基于所述靜電吸附力及所述自身重力，確定對所述外電極施加的第二電壓；