CN112809877A - 一种激光三维加工陶瓷坯体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光三维加工陶瓷坯体的方法，涉及陶瓷加工领域，步骤一：建立目标陶瓷坯体的三维模型，将数据模型转换为STL格式文件,步骤二：将三维模型的STL格式文件按照目标陶瓷坯体的形状进行分层处理,通过驱动电机、输送辊、粉碎刃的设置，驱动电机带动输送辊进行旋转工作，输送辊旋转的过程中，实现了对物料的输送工作，通过输送辊侧壁上的设置粉碎刃，实现了对物料的初步研磨工作，物料堆集在输送箱的顶部，不断的挤压过程中，使得物料通过导向板的导向作用，进入到出料槽内，进而排出到外界环境中，由于研磨辊的转动工作，实现了对物料的进一步研磨挤压，进而提高了研磨效率，缩短整个生产工艺流程。

Description

一种激光三维加工陶瓷坯体的方法
技术领域
本发明涉及陶瓷加工领域，尤其涉及一种激光三维加工陶瓷坯体的方法。
背景技术
现有技术中，传统的制备多孔陶瓷的工艺方法主要有添加造孔剂法、有机泡沫浸渍法、发泡法、挤压成型法、颗粒堆积法等，这些常用的方法可以制备出孔隙率较高、孔径均匀分布的多孔陶瓷，但是难以适应现代3D打印方法，3D打印技术即快速成型技术的一种它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用；
在激光三维加工陶瓷坯体的过程中，传统的方式，通过研磨机实现对其研磨的过程，由于研磨的过程中，需要不停转动研磨球实现对物料的精细研磨过程，其不仅研磨不充分，同时研磨的过程浪费大量的时间，对于后续的工艺生产造成了拖延的情况，为此我们提出了一种激光三维加工陶瓷坯体的方法，来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种激光三维加工陶瓷坯体的方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种激光三维加工陶瓷坯体的方法，其步骤如下所述；
步骤一：建立目标陶瓷坯体的三维模型，将数据模型转换为STL格式文件；
步骤二：将三维模型的STL格式文件按照目标陶瓷坯体的形状进行分层处理，获取三维模型中每层的激光扫描路径数据，转化为截面数据，然后将截面数据导入制造程序中；
步骤三：根据建立的目标陶瓷坯体模型，将氮化硅陶瓷粉体、碳化硅纤维、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯混合后，在溶解有阻聚剂、分散剂和消泡剂放入研磨机构中，得到研磨浆料；
将光引发剂加入到所述球磨浆料中，并混合均匀；然后通过添加乙醇或乙醇挥发的方式，调节固含量为72～82％，得到3D打印陶瓷浆料。
步骤四：将配制好的浆料放置到3D打印机的料筒中，将料筒加热后保温，启动3D打印机，根据步骤三中的分层截面数据，挤出陶瓷浆料成挤出丝，喷头根据激光扫描路径的数据在X,Y和Z方向上进行移动，打印出截面薄层，通过逐层堆积，制得凝固状态坯体；
步骤五：使用冷冻干燥机对打印完成后的凝固状态坯体进行冷冻干燥，得到目标陶瓷坯体。
优选的，所述激光扫描陶瓷由包括以下重量份的原料制成：氮化硅陶瓷粉体80～105份、碳化硅纤维15～18份、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯34～50份、脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯22～40份、四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯6～12份、光引发剂0.18～0.40份、阻聚剂0.020～0.030份、分散剂4～8份、消泡剂3.2～6份。
优选的，在所述步骤三中，所述研磨机构包括研磨罐，所述研磨罐的顶部贯穿设置在研磨罐内顶部的进料管，所述研磨罐的内顶部固定连接有驱动电机，所述驱动电机的输出轴末端贯穿研磨罐的侧壁并固定连接有输送辊，所述研磨罐的后侧壁固定连接有输送箱，所述输送箱的内侧壁对称设置有导向板，所述输送箱的外侧壁对称设置有出料槽，所述出料槽内阵列设置有多个研磨辊。
优选的，所述研磨辊与出料槽的内侧壁转动连接。
优选的，所述输送辊的外侧壁设置有研磨刃。
优选的，所述研磨罐的后侧壁设置有出料管，所述出料管上设置有阀门。
优选的，所述导向板成弧形设置，所述导向板有耐腐蚀材质制成。
本发明的有益效果为：本发明中，通过驱动电机、输送辊、粉碎刃的设置，驱动电机带动输送辊进行旋转工作，输送辊旋转的过程中，实现了对物料的输送工作，通过输送辊侧壁上的设置粉碎刃，实现了对物料的初步研磨工作，物料堆集在输送箱的顶部，不断的挤压过程中，使得物料通过导向板的导向作用，进入到出料槽内，进而排出到外界环境中，由于研磨辊的转动工作，实现了对物料的进一步研磨挤压，进而提高了研磨效率，缩短整个生产工艺流程；
通过冷冻干燥能够使浆料中的固体颗粒原位固定，目标陶瓷坯体获得多级孔隙结构，陶瓷浆料配制为均匀的具有室温凝固特性的浆料即可，对浆料配制要求较低，适应性广，适于大批量生产，材料应用范围广泛，拓展了3D打印技术的应用领域。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明A部分放大图。
图中标号：1研磨罐、2输送箱、3出料槽、4研磨辊、5进料管、6驱动电机、7导向板、8输送辊。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：
一种激光三维加工陶瓷坯体的方法，
步骤一：建立目标陶瓷坯体的三维模型，将数据模型转换为STL格式文件；
步骤二：将三维模型的STL格式文件按照目标陶瓷坯体的形状进行分层处理，获取三维模型中每层的激光扫描路径数据，转化为截面数据，然后将截面数据导入制造程序中；
步骤三：根据建立的目标陶瓷坯体模型，将氮化硅陶瓷粉体、碳化硅纤维、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯混合后，在溶解有阻聚剂、分散剂和消泡剂放入研磨机构中，得到研磨浆料，研磨机构包括研磨罐1，研磨罐1的顶部贯穿设置在研磨罐1内顶部的进料管5，研磨罐1的内顶部固定连接有驱动电机6，驱动电机6的输出轴末端贯穿研磨罐1的侧壁并固定连接有输送辊8，输送辊8的外侧壁设置有研磨刃，研磨罐1的后侧壁固定连接有输送箱2，输送箱2的内侧壁对称设置有导向板7，导向板7成弧形设置，导向板7有耐腐蚀材质制成，输送箱2的外侧壁对称设置有出料槽3，研磨辊与出料槽3的内侧壁转动连接，出料槽3内阵列设置有多个研磨辊4，在对物料进行研磨时，启动驱动电机6,驱动电机6带动输送辊8进行旋转工作，输送辊8旋转的过程中，实现了对物料的输送工作，通过输送辊8侧壁上的设置粉碎刃，实现了对物料的初步研磨工作，物料堆集在输送箱2的顶部，不断的挤压过程中，使得物料通过导向板7的导向作用，进入到出料槽3内，进而排出到外界环境中，由于研磨辊4的转动工作，实现了对物料的进一步研磨挤压，进而提高了研磨效率，缩短整个生产工艺流程；
将光引发剂加入到球磨浆料中，并混合均匀；然后通过添加乙醇或乙醇挥发的方式，调节固含量为72％，得到3D打印陶瓷浆料。
步骤四：将配制好的浆料放置到3D打印机的料筒中，将料筒加热后保温，启动3D打印机，根据步骤三中的分层截面数据，挤出陶瓷浆料成挤出丝，喷头根据激光扫描路径的数据在X,Y和Z方向上进行移动，打印出截面薄层，通过逐层堆积，制得凝固状态坯体；
步骤五：使用冷冻干燥机对打印完成后的凝固状态坯体进行冷冻干燥，得到目标陶瓷坯体，通过冷冻干燥能够使浆料中的固体颗粒原位固定，目标陶瓷坯体获得多级孔隙结构，陶瓷浆料配制为均匀的具有室温凝固特性的浆料即可，对浆料配制要求较低，适应性广，适于大批量生产，材料应用范围广泛，拓展了3D打印技术的应用领域，目标陶瓷坯体加工过程中省略了模具的使用，无需刀具、模具和夹具，缩短了研制和生产周期，成本低，能耗低，绿色无污染，加工环境室温条件下即可，无需低温加工；
激光扫描陶瓷由包括以下重量份的原料制成：氮化硅陶瓷粉体80份、碳化硅纤维15份、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯34份、脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯22份、四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯6份、光引发剂0.18份、阻聚剂0.020份、分散剂4份、消泡剂3.2份。
实施例2：
一种激光三维加工陶瓷坯体的方法，
步骤一：建立目标陶瓷坯体的三维模型，将数据模型转换为STL格式文件；
步骤二：将三维模型的STL格式文件按照目标陶瓷坯体的形状进行分层处理，获取三维模型中每层的激光扫描路径数据，转化为截面数据，然后将截面数据导入制造程序中；
步骤三：根据建立的目标陶瓷坯体模型，将氮化硅陶瓷粉体、碳化硅纤维、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯混合后，在溶解有阻聚剂、分散剂和消泡剂放入研磨机构中，得到研磨浆料，研磨机构包括研磨罐1，研磨罐1的顶部贯穿设置在研磨罐1内顶部的进料管5，研磨罐1的内顶部固定连接有驱动电机6，驱动电机6的输出轴末端贯穿研磨罐1的侧壁并固定连接有输送辊8，输送辊8的外侧壁设置有研磨刃，研磨罐1的后侧壁固定连接有输送箱2，输送箱2的内侧壁对称设置有导向板7，导向板7成弧形设置，导向板7有耐腐蚀材质制成，输送箱2的外侧壁对称设置有出料槽3，研磨辊与出料槽3的内侧壁转动连接，出料槽3内阵列设置有多个研磨辊4，在对物料进行研磨时，启动驱动电机6,驱动电机6带动输送辊8进行旋转工作，输送辊8旋转的过程中，实现了对物料的输送工作，通过输送辊8侧壁上的设置粉碎刃，实现了对物料的初步研磨工作，物料堆集在输送箱2的顶部，不断的挤压过程中，使得物料通过导向板7的导向作用，进入到出料槽3内，进而排出到外界环境中，由于研磨辊4的转动工作，实现了对物料的进一步研磨挤压，进而提高了研磨效率，缩短整个生产工艺流程；
将光引发剂加入到球磨浆料中，并混合均匀；然后通过添加乙醇或乙醇挥发的方式，调节固含量为76％，得到3D打印陶瓷浆料。
步骤四：将配制好的浆料放置到3D打印机的料筒中，将料筒加热后保温，启动3D打印机，根据步骤三中的分层截面数据，挤出陶瓷浆料成挤出丝，喷头根据激光扫描路径的数据在X,Y和Z方向上进行移动，打印出截面薄层，通过逐层堆积，制得凝固状态坯体；
步骤五：使用冷冻干燥机对打印完成后的凝固状态坯体进行冷冻干燥，得到目标陶瓷坯体，通过冷冻干燥能够使浆料中的固体颗粒原位固定，目标陶瓷坯体获得多级孔隙结构，陶瓷浆料配制为均匀的具有室温凝固特性的浆料即可，对浆料配制要求较低，适应性广，适于大批量生产，材料应用范围广泛，拓展了3D打印技术的应用领域，目标陶瓷坯体加工过程中省略了模具的使用，无需刀具、模具和夹具，缩短了研制和生产周期，成本低，能耗低，绿色无污染，加工环境室温条件下即可，无需低温加工；
激光扫描陶瓷由包括以下重量份的原料制成：氮化硅陶瓷粉体90份、碳化硅纤维16份、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯45份、脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯30份、四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯8份、光引发剂0.28份、阻聚剂0.025份、分散剂6份、消泡剂4.5份
实施例3：
一种激光三维加工陶瓷坯体的方法，
步骤一：建立目标陶瓷坯体的三维模型，将数据模型转换为STL格式文件；
步骤二：将三维模型的STL格式文件按照目标陶瓷坯体的形状进行分层处理，获取三维模型中每层的激光扫描路径数据，转化为截面数据，然后将截面数据导入制造程序中；
步骤三：根据建立的目标陶瓷坯体模型，将氮化硅陶瓷粉体、碳化硅纤维、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯混合后，在溶解有阻聚剂、分散剂和消泡剂放入研磨机构中，得到研磨浆料，研磨机构包括研磨罐1，研磨罐1的顶部贯穿设置在研磨罐1内顶部的进料管5，研磨罐1的内顶部固定连接有驱动电机6，驱动电机6的输出轴末端贯穿研磨罐1的侧壁并固定连接有输送辊8，输送辊8的外侧壁设置有研磨刃，研磨罐1的后侧壁固定连接有输送箱2，输送箱2的内侧壁对称设置有导向板7，导向板7成弧形设置，导向板7有耐腐蚀材质制成，输送箱2的外侧壁对称设置有出料槽3，研磨辊与出料槽3的内侧壁转动连接，出料槽3内阵列设置有多个研磨辊4，在对物料进行研磨时，启动驱动电机6,驱动电机6带动输送辊8进行旋转工作，输送辊8旋转的过程中，实现了对物料的输送工作，通过输送辊8侧壁上的设置粉碎刃，实现了对物料的初步研磨工作，物料堆集在输送箱2的顶部，不断的挤压过程中，使得物料通过导向板7的导向作用，进入到出料槽3内，进而排出到外界环境中，由于研磨辊4的转动工作，实现了对物料的进一步研磨挤压，进而提高了研磨效率，缩短整个生产工艺流程；
将光引发剂加入到球磨浆料中，并混合均匀；然后通过添加乙醇或乙醇挥发的方式，调节固含量为82％，得到3D打印陶瓷浆料。
步骤四：将配制好的浆料放置到3D打印机的料筒中，将料筒加热后保温，启动3D打印机，根据步骤三中的分层截面数据，挤出陶瓷浆料成挤出丝，喷头根据激光扫描路径的数据在X,Y和Z方向上进行移动，打印出截面薄层，通过逐层堆积，制得凝固状态坯体；
步骤五：使用冷冻干燥机对打印完成后的凝固状态坯体进行冷冻干燥，得到目标陶瓷坯体，通过冷冻干燥能够使浆料中的固体颗粒原位固定，目标陶瓷坯体获得多级孔隙结构，陶瓷浆料配制为均匀的具有室温凝固特性的浆料即可，对浆料配制要求较低，适应性广，适于大批量生产，材料应用范围广泛，拓展了3D打印技术的应用领域，目标陶瓷坯体加工过程中省略了模具的使用，无需刀具、模具和夹具，缩短了研制和生产周期，成本低，能耗低，绿色无污染，加工环境室温条件下即可，无需低温加工；
激光扫描陶瓷由包括以下重量份的原料制成：氮化硅陶瓷粉体105份、碳化硅纤维18份、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯50份、脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯40份、四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯12份、光引发剂0.40份、阻聚剂0.030份、分散剂8份、消泡剂6份
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种激光三维加工陶瓷坯体的方法，其步骤如下所述，
步骤一：建立目标陶瓷坯体的三维模型，将数据模型转换为STL格式文件；
步骤二：将三维模型的STL格式文件按照目标陶瓷坯体的形状进行分层处理，获取三维模型中每层的激光扫描路径数据，转化为截面数据，然后将截面数据导入制造程序中；
步骤三：根据建立的目标陶瓷坯体模型，将氮化硅陶瓷粉体、碳化硅纤维、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯混合后，在溶解有阻聚剂、分散剂和消泡剂放入研磨机构中，得到研磨浆料；
将光引发剂加入到所述球磨浆料中，并混合均匀；然后通过添加乙醇或乙醇挥发的方式，调节固含量为72～82％，得到3D打印陶瓷浆料。
步骤四：将配制好的浆料放置到3D打印机的料筒中，将料筒加热后保温，启动3D打印机，根据步骤三中的分层截面数据，挤出陶瓷浆料成挤出丝，喷头根据激光扫描路径的数据在X,Y和Z方向上进行移动，打印出截面薄层，通过逐层堆积，制得凝固状态坯体；
步骤五：使用冷冻干燥机对打印完成后的凝固状态坯体进行冷冻干燥，得到目标陶瓷坯体。
2.根据权利要求1所述的一种激光三维加工陶瓷坯体的方法，其特征在于，所述激光扫描陶瓷由包括以下重量份的原料制成：氮化硅陶瓷粉体80～105份、碳化硅纤维15～18份、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯34～50份、脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯22～40份、四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯6～12份、光引发剂0.18～0.40份、阻聚剂0.020～0.030份、分散剂4～8份、消泡剂3.2～6份。
3.根据权利要求1所述的一种激光三维加工陶瓷坯体的方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述研磨机构包括研磨罐(1)，所述研磨罐(1)的顶部贯穿设置在研磨罐(1)内顶部的进料管(5)，所述研磨罐(1)的内顶部固定连接有驱动电机(6)，所述驱动电机(6)的输出轴末端贯穿研磨罐(1)的侧壁并固定连接有输送辊(8)，所述研磨罐(1)的后侧壁固定连接有输送箱(2)，所述输送箱(2)的内侧壁对称设置有导向板(7)，所述输送箱(2)的外侧壁对称设置有出料槽(3)，所述出料槽(3)内阵列设置有多个研磨辊(4)。
4.根据权利要求3所述的一种激光三维加工陶瓷坯体的方法，其特征在于，所述研磨辊(4)与出料槽(3)的内侧壁转动连接。
5.根据权利要求3所述的一种激光三维加工陶瓷坯体的方法，其特征在于，所述输送辊(8)的外侧壁设置有研磨刃。
6.根据权利要求3所述的一种激光三维加工陶瓷坯体的方法，其特征在于，所述研磨罐(1)的后侧壁设置有出料管，所述出料管上设置有阀门。
7.根据权利要求3所述的一种激光三维加工陶瓷坯体的方法，其特征在于，所述导向板(7)成弧形设置，所述导向板(7)有耐腐蚀材质制成。
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