CN115557786A - 3d打印陶瓷材料残余应力的调控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及3D打印技术领域，提供了一种3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法，残余应力存在于SLA‑3D打印零件中，为了减轻由残余应力带来的翘曲变形、开裂等缺陷，需对残余应力进行调控处理。本发明主要提供了优化脱脂、烧结后处理工艺、调配材料组分及两者协同作用的3D打印残余应力调控方法，实现3D打印陶瓷医用植入体的精准创成，避免变形、扭曲，甚至开裂等缺陷的产生，具有重大的经济与社会效益。

Description

3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体地，涉及一种3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法。
背景技术
人类由于外伤、肿瘤、感染及遗传因素造成骨骼缺损是当前临床医学中亟待解决的问题。全世界每年有数百万例膝关节和髋关节成形手术，颅面、颌面的植入手术也在持续增加。目前的解决方法包括自体移植、异种移植、人工合成替代物修补等，但仍存在大量潜在风险，如并发症、继发性损伤等。而基于离散——堆积原理的光固化成型3D打印技术，为具有复杂结构的个性化的人体仿生结构制造提供了可能。“立体光刻”又称为光固化成型技术(Stereo Lithography Apparatus，SLA)，是1986年由查尔斯(Charles W.Hull)提出的，它以光敏树脂为原料逐层打印成型。然而，SLA-3D打印过程中产生的残余应力，会使零件出现翘曲、变形、开裂等情况，严重影响工件的成形成性性能。SLA-3D打印技术的工艺参数对打印件的残余应力具有重大的影响，但当前研究仅局限于影响规律的研究，对残余应力的调控机制尚不明细，调控手段尚不有效。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法。
根据本发明提供的一种3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法，包括以下步骤：
Step1:准备待打印的陶瓷材料；
Step2：将陶瓷材料通过3D打印成陶瓷生坯后，采用脱脂工艺，在常压烧结炉中去除打印件中固态有机物，生成脱脂打印件；
Step3：根据陶瓷生坯的特性确定烧结温度值以及保温时间；
Step4：烧结脱脂打印件：在常压烧结炉中，以预设的升温速率将烧结温度提高到确定的烧结温度值，并在确定的保温时间内保温烧结脱脂打印件成陶瓷样件；
Step5：冷却成件：在常压烧结炉中，以设定的降温速率将陶瓷样件冷却到预设温度，冷却成陶瓷件。
优选地，所述脱脂工艺为：先以预设的升温速率将生坯加热至特定温度，并保温；再以设定的升温速率加热至另一特定温度，并保温，使粘结剂在空气中烧尽。
优选地，所述Step3的烧结温度值以及保温时间的确定方法是：通过不同的烧结工艺下烧结陶瓷脱脂打印件，得到陶瓷样件后，测量所得的陶瓷样件的表面残余应力，并观察陶瓷样件的显微结构，研究3D打印后该陶瓷材料的陶瓷生坯的特性，得出该陶瓷材料能够调控残余应力的烧结温度值以及保温时间。
优选地，所述陶瓷材料采用ZrO2陶瓷材料；
Step1:准备待打印陶瓷材料ZrO2；
Step2：将ZrO2陶瓷材料通过3D打印成ZrO2生坯后，采用脱脂工艺，在常压烧结炉中去除打印件中固态有机物，生成脱脂ZrO2打印件；
Step3：根据ZrO2生坯的特性确定烧结温度值为1450℃以及保温时间为0min或90min；
Step4：烧结脱脂ZrO2打印件：在常压烧结炉中，以预设的升温速率将烧结温度提高到确定的烧结温度值1450℃，并在确定的保温时间内保温烧结脱脂ZrO2打印件成ZrO2样件；
Step5：在常压烧结炉中，以设定的降温速率将ZrO2样件冷却到500℃，冷却成ZrO2陶瓷件。
优选地，所述Step5中，以5℃/min的降温速率将ZrO2样件冷却到500℃，并在炉中冷却，得到脱脂烧结后的ZrO2陶瓷件。
优选地，所述Step1将新型碳素材料氧化石墨烯GO添加到陶瓷材料粉末中实现优化材料组分，配制成复合陶瓷浆料，并用复合陶瓷浆料进行3D打印出复合陶瓷生坯。
优选地，所述陶瓷材料为ZrO2；将氧化石墨烯GO添加到ZrO2粉末中，配制成ZrO2-GO复合陶瓷浆料，并用ZrO2-GO复合陶瓷浆料进行3D打印出ZrO2-GO复合陶瓷生坯。
优选地，所述ZrO2-GO复合陶瓷浆料的配制方法为：
首先，对ZrO2-GO复合陶瓷粉体进行改性，加入11.4vol％KH560(相对于ZrO2-GO复合陶瓷粉体的总体积)，并用5％的去离子水和95％的无水乙醇稀释；
得到的溶液以300rpm的速度搅拌1h，然后用无水乙醇洗涤，最后干燥；
将基体树脂Di-TMPTA与活性稀释剂NPG2OPDA以6:4的比例混合均匀，再加入相对树脂质量分数5wt.％的Irgacure 184光引发剂，制备出ZrO2-GO复合陶瓷悬浮液；
将所制备的75wt.％ZrO2-GO复合陶瓷悬浮液以300rpm的速度搅拌1小时以使其均匀混合成ZrO2-GO复合陶瓷浆料。
优选地，所述陶瓷材料采用ZrO2；包括以下步骤：
S1：将氧化石墨烯GO添加到ZrO2粉末中，配制成ZrO2-GO复合陶瓷浆料，并用ZrO2-GO复合陶瓷浆料进行3D打印出ZrO2-GO复合陶瓷生坯；
S2：采用脱脂工艺，在常压烧结炉中去除打印件中固态有机物，生成脱脂ZrO2-GO复合陶瓷打印件；
S3：根据ZrO2-GO复合陶瓷生坯的特性确定烧结温度值为1450℃以及保温时间为0min或90min；
S4：烧结脱脂ZrO2-GO复合陶瓷打印件：在常压烧结炉中，以预设的升温速率将烧结温度提高到确定的烧结温度值1450℃，并在确定的保温时间内保温烧结脱脂ZrO2-GO复合陶瓷打印件成ZrO2-GO复合陶瓷样件；
S5：在常压烧结炉中，以设定的降温速率将ZrO2-GO复合陶瓷样件冷却到500℃，冷却成ZrO2-GO复合陶瓷件。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明研究3D打印残余应力的调控方法，实现3D打印陶瓷医用植入体的精准创成，避免变形、扭曲，甚至开裂等缺陷的产生，具有重大的经济与社会效益。
2、本发明主要研究了优化脱脂、烧结后处理工艺和调配材料组分两种3D打印残余应力调控方法。通过热重分析等手段确定脱脂烧结工艺，研究烧结温度、升温速率、保温时间对残余应力的影响规律。通过在氧化锆陶瓷材料中加入一种碳素材料(氧化石墨烯GO)，研究GO的不同成分含量对残余应力的影响规律，对残余应力进行有效调控。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法的逻辑流程示意图；
图2为烧结温度对表面残余应力的数据对比图；
图3为不同烧结温度下烧结后的ZrO2陶瓷样件SEM图；
图4为保温时间对表面残余应力的数据对比图；
图5为不同保温时间下烧结后的ZrO2陶瓷样件SEM图；
图6为不同保温时间烧结后的ZrO2陶瓷样件图；
图7为残余应力测试点位置示意图；
图8为ZrO2陶瓷和ZrO2-GO复合陶瓷SLA-3D打印件表面残余应力数据对比图；
图9为(a)ZrO2陶瓷SLA-3D打印件SEM(b)ZrO2-GO复合陶瓷SLA-3D打印件SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法，可以分为针对打印后处理的调控方法、打印前的材料组分调配的调控方法和两者协同作用的调配方法。如图1所示。
实施例1：
本实施例中，关于3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法是根据打印后处理工艺所设计的，脱脂烧结工艺对表面残余力(残余拉应力)的影响规律研究表明，烧结温度和保温时间对表面残余拉应力的影响较大，而升温速率对其影响并不明显。因此本实施例提供了关于3D打印陶瓷材料残余应力的后处理的调控方法，具体步骤为：
Step1:准备待打印的陶瓷材料；Step2将陶瓷材料通过3D打印成陶瓷生坯后，采用脱脂工艺，在常压烧结炉中去除打印件中固态有机物，生成脱脂打印件；具体地，脱脂工艺为：先以预设的升温速率将生坯加热至特定温度，并保温；再以设定的升温速率加热至另一特定温度，并保温，使粘结剂在空气中烧尽。
Step3根据陶瓷生坯的特性确定烧结温度值以及保温时间；具体地，烧结温度值以及保温时间的确定方法是：通过不同的烧结工艺下烧结陶瓷脱脂打印件，得到陶瓷样件后，测量所得的陶瓷样件的表面残余应力，并观察陶瓷样件的显微结构，研究3D打印后该陶瓷材料的陶瓷生坯的特性，得出该陶瓷材料能够调控残余应力的烧结温度值以及保温时间。
Step4烧结脱脂打印件：在常压烧结炉中，以预设的升温速率将烧结温度提高到确定的烧结温度值，并在确定的保温时间内保温烧结脱脂打印件成陶瓷样件；
Step5冷却成件：在常压烧结炉中，以预设的降温速率将陶瓷样件冷却到设定温度，冷却成陶瓷件。
在本实施例中以ZrO2陶瓷材料为例作进一步详细说明；
Step1:准备待打印陶瓷材料ZrO2；
Step2将ZrO2陶瓷材料通过3D打印成ZrO2生坯后，采用脱脂工艺，在常压烧结炉中去除打印件中固态有机物，生成脱脂ZrO2打印件；
具体的：通过SLA-3D打印技术在激光功率154mW，扫描速度6000mm/s打印参数下制备的ZrO2陶瓷样件，采用TGA/DSC-QMS分析仪(TGA/DSC1/1100LF,Mettler Toledo,瑞士)对坯体进行差示扫描量热(DSC)和热重分析(TG)，研究有机组元的分解温度区间。具体实验过程为：在空气中，以5℃/min的升温速率将24.1mg3D打印的ZrO2陶瓷样件从室温加热到1000℃。ZrO2样品的热分析过程分为三个阶段。第一阶段，温度范围为室温-300℃(物理吸附水的去除)，失重率约为1.21％。第二阶段，温度范围为300-654℃(有机物的热分解阶段)，失重率约为33.2％。DTG曲线(热失重速率的峰形曲线)表明在371℃和427℃时热解速率最大。DSC曲线表明在427℃和621℃出现了吸热峰，说明有机树脂脱除部分后，陶瓷颗粒开始接触烧结。第三阶段，温度范围为654-1000℃，失重率约为0.59％，随后温度升高TG曲线(热重曲线)趋于稳定，表明树脂等有机物已经基本热解结束。
综上分析，设计了脱脂工艺。生坯在常压烧结炉(KSL-1700X-A3，合肥科晶材料科技有限公司)中进行脱脂烧结。脱脂工艺为：先以0.2℃/min的升温速率将生坯加热至600℃，保温10h；再以1℃/min的升温速率加热至1000℃，保温3h，使粘结剂在空气中烧尽。
Step3根据ZrO2生坯的特性确定烧结温度值为1450℃以及保温时间为0min或90min；确定烧结温度值及保温时间，是通过采用不同的烧结工艺参数对脱脂后的打印件进行烧结，如表1所示。最终以5℃/min的降温速率将样件冷却到500℃，并在炉中冷却，得到脱脂烧结后的ZrO2陶瓷样件。
表1氧化锆陶瓷烧结工艺实验参数
Figure BDA0003827820070000061
根据实验数据分析得出：ZrO2生坯的特性，在烧结温度为1450℃和保温时间在0min和90min时，残余应力最小(具体的实验数据分析在下文中详述)。
Step4烧结脱脂ZrO2打印件：在常压烧结炉中，以一定的升温速率将烧结温度提高到确定的烧结温度值1450℃，并在确定的保温时间内保温烧结脱脂ZrO2打印件成ZrO2样件；
Step5在常压烧结炉中，以一定的降温速率将ZrO2样件冷却到500℃，冷却成ZrO2陶瓷件。具体地，以5℃/min的降温速率将ZrO2样件冷却到500℃，并在炉中冷却，得到脱脂烧结后的ZrO2陶瓷件。
从以下的实验数据分析可知，通过对烧结温度和保温时间的控制，能够实现对残余应力的调控。
采用X射线残余应力分析仪(加拿大PROTO公司IXRD-MG40)在室温下测定了不同脱脂烧结工艺下的ZrO2陶瓷烧结样件表面残余应力。如图2所示。图中表明，SLA-3D打印ZrO2陶瓷件在不同的烧结温度下脱脂烧结后，表面残余拉应力有所降低。由于在高温下脱脂烧结后，引入了残余压应力，平衡了部分残余拉应力，因此脱脂、烧结后处理工艺能降低3D打印件的表面残余拉应力。随着烧结温度的增大，表面残余拉应力先减小后增大。在烧结温度达到1450℃时，表面残余拉应力达到最小值。
图3中表明，当烧结温度为1450℃时，烧结体中有大量的气孔，导致氧化锆陶瓷颗粒间的结合力小，因此表面残余拉应力最小。当烧结温度为1400℃、1500℃、1550℃时，烧结体中有晶粒长大的现象，并伴有极少量的气孔，使得氧化锆陶瓷颗粒之间的键合力较大。晶粒长大同时导致烧结体的机械性能降低，因此表面残余拉应力较大。
如图4所示。图线表明，SLA-3D打印ZrO2陶瓷件在不同的保温下进行脱脂烧结后，表面残余应力也有所降低。随着保温时间的增大，表面残余拉应力先增大后减小。在保温时间达到60min时，表面残余拉应力达到最大值。保温时间为0min和90min时，表面残余拉应力几乎相同且最小。打印与烧结后的样件对比图5也表明，脱脂烧结后翘曲明显减小。通过扫描电子显微镜观察其微观结构，如图6所示。图中表明，当保温时间为0min和90min时，烧结体中有晶粒长大的现象并不显著，且伴有较多的气孔，导致氧化锆陶瓷颗粒间的结合力较小，因此残余应力较小。当烧保温时间为30min和60min时，烧结体中有晶粒长大的现象更为显著，并伴有极少量的气孔，使得氧化锆陶瓷颗粒之间的键合力较大，晶粒长大同时导致烧结体的机械性能降低，因此残余应力较大。
通过上述的实验表明，在3D打印后，通过调节脱脂烧结工艺的烧结温度和保温时间，对表面残余拉应力进行有效的调控。针对ZrO2陶瓷件，在烧结温度为1450℃，保温时间为0min和90min时，残余应力最小。
实施例2：
本实施例中，关于3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法是通过对打印前的材料组分进行调配来实现的，医用碳素材料有良好的生物相容性及机械性能，于生物体内有较高的稳定性，无生物降解作用，其弹性模量也近似骨组织。研究表明，碳素材料能够提高陶瓷基体的性能。氧化石墨烯(GO)是一种新型碳素材料，具有比表面积大、表面官能团丰富、强度高、生物相容性好等优良性能。因此，它可以作为改善陶瓷件残余应力和力学性能的增强相。通过研究不同GO含量的复合陶瓷热压烧结体残余应力，得到GO含量对残余应力的影响规律，在陶瓷材料热压烧结体中加入GO，提高了残余压应力，残余压应力的增加提高了陶瓷的断裂韧性和硬度，优化了陶瓷材料的力学性能。
因此本实施例提供了关于3D打印陶瓷材料残余应力的前调配的调控方法，具体方法为：在Step1中的陶瓷材料配制成复合陶瓷材料，将新型碳素材料氧化石墨烯GO添加到陶瓷材料粉末中实现优化材料组分，配制成复合陶瓷浆料，并用复合陶瓷浆料进行3D打印出复合陶瓷生坯。
其中，GO的配比由热压烧结实验获得，关于此成果已发表论文，可以引用参考文献。
1)Cheng Zhang,Zhaoliang Jiang,Li Zhao,Mechanical properties andtribological behaviors of yttria-zirconia ceramics with additions of grapheneoxide by hot-press sintering for dental implants[J],Surface Topography:Metrology and Properties,2020,8:035010.(章程,姜兆亮,赵丽,牙科种植体热压烧结添加氧化石墨烯的氧化钇-氧化锆陶瓷的力学性能和摩擦学性能[J],表面形貌：计量与性能,2020,8:035010.)
2)Li Zhao,Zhaoliang Jiang,Cheng Zhang.Residual stress and fracturetoughness of sintered body of ZrO2-GO composite ceramics material[J],CeramicsInternational,2021,47(1):388-392.(赵丽,章程,姜兆亮,ZrO2-GO复合陶瓷材料烧结体的残余应力和断裂韧性[J],国际陶瓷,2021,47(1):388-392.)
本实施例同样以陶瓷材料ZrO2为例作进一步的研究分析：将氧化石墨烯GO添加到ZrO2粉末中，配制成ZrO2-GO复合陶瓷浆料，并用ZrO2-GO复合陶瓷浆料进行3D打印出ZrO2-GO复合陶瓷生坯。根据上文所述的研究结果，GO含量为0.1～0.15wt.％ZrO2-GO复合陶瓷的力学性能优于其他氧化石墨烯含量，因此优选出最佳GO配比，进行后续SLA-3D打印ZrO2-GO复合陶瓷浆料的配制。
具体地，ZrO2-GO复合陶瓷浆料的配制方法为：
首先，对ZrO2-GO复合陶瓷粉体进行改性，加入11.4vol％KH560(相对于ZrO2-GO复合陶瓷粉体的总体积)，并用5％的去离子水和95％的无水乙醇稀释；
得到的溶液以300rpm的速度搅拌1h，然后用无水乙醇洗涤，最后干燥；
将基体树脂Di-TMPTA与活性稀释剂NPG2OPDA以6:4的比例混合均匀，再加入相对树脂质量分数5wt.％的Irgacure 184光引发剂，制备出ZrO2-GO复合陶瓷悬浮液；
将所制备的75wt.％ZrO2-GO复合陶瓷悬浮液以300rpm的速度搅拌1小时以使其均匀混合成ZrO2-GO复合陶瓷浆料。
从以下的实验数据分析可知，通过调配打印前材料组分的方法，能够实现对残余应力的调控。
我们将未经调配的ZrO2和调配后的ZrO2-GO复合陶瓷浆料，分别在相同打印参数下，得到纯ZrO2和ZrO2-GO复合陶瓷打印样件，分析调配打印前材料组分对SLA-3D打印残余应力。
关于SLA-3D打印参数：使用Ceramaker300系统(法国3Dceram)进行UV固化实验。采用355波长的紫外激光分别对ZrO2陶瓷悬浮液和ZrO2-GO复合陶瓷悬浮液在相同的打印参数下，进行逐层扫描固化，打印成直径为25mm，厚度为4mm的圆片。SLA-3D打印实验参数如表2所示。
表2SLA ZrO2-GO陶瓷打印实验参数
打印参数 数值
UV激光波长 355
激光功率(mW) 208
扫描速度(mm/s) 2000
打印层厚(mm) 0.05
关于SLA-3D打印ZrO2-GO陶瓷样件的残余应力测试：采用X射线残余应力分析仪(加拿大PROTO公司IXRD-MG40)，测定在表1所示参数下打印的1组SLA-3D打印ZrO2陶瓷样件和1组ZrO2-GO复合陶瓷样件在室温下的表面残余应力。在每个样件直径上分别取4个点进行测量，点的位置如图7所示。
实验结果与分析：ZrO2陶瓷和ZrO2-GO复合陶瓷表面残余应力如图8所示。图中表明，GO成分的加入降低了SLA-3D打印的表面残余拉应力。ZrO2陶瓷样件和ZrO2-GO复合陶瓷样件的SEM图(图9)表明，ZrO2陶瓷打印件的基体树脂明显可见，与ZrO2陶瓷颗粒结合十分紧密，且并不均匀，因此表面残余拉应力较大。而ZrO2-GO复合陶瓷的ZrO2陶瓷颗粒与基体树脂均匀结合，没有个别区域基体树脂明显聚合现象，结合力均匀分散，相互抵消，鲜有应力集中现象，因此GO的加入使得ZrO2陶瓷颗粒与基体树脂结合更加均匀，使得表面残余拉应力降低。
综上所述，对于ZrO2陶瓷SLA-3D打印件，通过加入GO的方式能对其进行残余应力的调控，能够获得更好的性能。
实施例3：
本实施例中，关于3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法是结合采用了打印前调配材料组合和打印后处理两个方面，共同对残余应力进行调控。
因此本实施例提供了关于3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法，具体方法为：具体包括以下步骤：
S1将新型碳素材料氧化石墨烯GO添加到陶瓷材料粉末中实现优化材料组分，配制成复合陶瓷浆料，并用复合陶瓷浆料进行3D打印出复合陶瓷生坯；
S2采用脱脂工艺，在常压烧结炉中去除打印件中固态有机物，生成脱脂打印件；
S3根据复合陶瓷生坯的特性确定烧结温度值以及保温时间；
S4烧结脱脂打印件：在常压烧结炉中，以一定的升温速率将烧结温度提高到确定的烧结温度值，并在确定的保温时间内保温烧结脱脂打印件成复合陶瓷样件；
S5冷却成件：在常压烧结炉中，以一定的降温速率将复合陶瓷样件冷却到一定温度，冷却成复合陶瓷件。
本实施例中同样以ZrO2陶瓷材料为例，对实现方法作进一步阐述；具体包括以下步骤：
S1将氧化石墨烯GO添加到ZrO2粉末中，配制成ZrO2-GO复合陶瓷浆料，并用ZrO2-GO复合陶瓷浆料进行3D打印出ZrO2-GO复合陶瓷生坯；
S2、采用脱脂工艺，在常压烧结炉中去除打印件中固态有机物，生成脱脂ZrO2-GO复合陶瓷打印件；
S3根据ZrO2-GO复合陶瓷生坯的特性确定烧结温度值为1450℃以及保温时间为0min或90min；
S4烧结脱脂ZrO2-GO复合陶瓷打印件：在常压烧结炉中，以一定的升温速率将烧结温度提高到确定的烧结温度值1450℃，并在确定的保温时间内保温烧结脱脂ZrO2-GO复合陶瓷打印件成ZrO2-GO复合陶瓷样件；
S5在常压烧结炉中，以一定的降温速率将ZrO2-GO复合陶瓷样件冷却到500℃，冷却成ZrO2-GO复合陶瓷件。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
Step1:准备待打印的陶瓷材料；
Step2：将陶瓷材料通过3D打印成陶瓷生坯后，采用脱脂工艺，在常压烧结炉中去除打印件中固态有机物，生成脱脂打印件；
Step3：根据陶瓷生坯的特性确定烧结温度值以及保温时间；
Step4：烧结脱脂打印件：在常压烧结炉中，以预设的升温速率将烧结温度提高到确定的烧结温度值，并在确定的保温时间内保温烧结脱脂打印件成陶瓷样件；
Step5：冷却成件：在常压烧结炉中，以设定的降温速率将陶瓷样件冷却到预设温度，冷却成陶瓷件。
2.根据权利要求1所述的3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法，其特征在于，所述脱脂工艺为：先以预设的升温速率将生坯加热至特定温度，并保温；再以设定的升温速率加热至另一特定温度，并保温，使粘结剂在空气中烧尽。
3.根据权利要求1所述的3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法，其特征在于，所述Step3的烧结温度值以及保温时间的确定方法是：通过不同的烧结工艺下烧结陶瓷脱脂打印件，得到陶瓷样件后，测量所得的陶瓷样件的表面残余应力，并观察陶瓷样件的显微结构，研究3D打印后该陶瓷材料的陶瓷生坯的特性，得出该陶瓷材料能够调控残余应力的烧结温度值以及保温时间。
4.根据权利要求1所述的3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法，其特征在于，所述陶瓷材料采用ZrO2陶瓷材料；
Step1:准备待打印陶瓷材料ZrO2；
Step2：将ZrO2陶瓷材料通过3D打印成ZrO2生坯后，采用脱脂工艺，在常压烧结炉中去除打印件中固态有机物，生成脱脂ZrO2打印件；
Step3：根据ZrO2生坯的特性确定烧结温度值为1450℃以及保温时间为0min或90min；
Step4：烧结脱脂ZrO2打印件：在常压烧结炉中，以预设的升温速率将烧结温度提高到确定的烧结温度值1450℃，并在确定的保温时间内保温烧结脱脂ZrO2打印件成ZrO2样件；
Step5：在常压烧结炉中，以设定的降温速率将ZrO2样件冷却到500℃，冷却成ZrO2陶瓷件。
5.根据权利要求5所述的3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法，其特征在于，所述Step5中，以5℃/min的降温速率将ZrO2样件冷却到500℃，并在炉中冷却，得到脱脂烧结后的ZrO2陶瓷件。
6.根据权利要求1所述的3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法，其特征在于，所述Step1将新型碳素材料氧化石墨烯GO添加到陶瓷材料粉末中实现优化材料组分，配制成复合陶瓷浆料，并用复合陶瓷浆料进行3D打印出复合陶瓷生坯。
7.根据权利要求6所述的3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法，其特征在于，所述陶瓷材料为ZrO2；将氧化石墨烯GO添加到ZrO2粉末中，配制成ZrO2-GO复合陶瓷浆料，并用ZrO2-GO复合陶瓷浆料进行3D打印出ZrO2-GO复合陶瓷生坯。
8.根据权利要求7所述的3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法，其特征在于，所述ZrO2-GO复合陶瓷浆料的配制方法为：
首先，对ZrO2-GO复合陶瓷粉体进行改性，加入11.4vol％KH560(相对于ZrO2-GO复合陶瓷粉体的总体积)，并用5％的去离子水和95％的无水乙醇稀释；
得到的溶液以300rpm的速度搅拌1h，然后用无水乙醇洗涤，最后干燥；
将基体树脂Di-TMPTA与活性稀释剂NPG2OPDA以6:4的比例混合均匀，再加入相对树脂质量分数5wt.％的Irgacure 184光引发剂，制备出ZrO2-GO复合陶瓷悬浮液；
将所制备的75wt.％ZrO2-GO复合陶瓷悬浮液以300rpm的速度搅拌1小时以使其均匀混合成ZrO2-GO复合陶瓷浆料。
9.根据权利要求6所述的3D打印陶瓷材料残余应力的调控方法，其特征在于，所述陶瓷材料采用ZrO2；包括以下步骤：
S1：将氧化石墨烯GO添加到ZrO2粉末中，配制成ZrO2-GO复合陶瓷浆料，并用ZrO2-GO复合陶瓷浆料进行3D打印出ZrO2-GO复合陶瓷生坯；
S2：采用脱脂工艺，在常压烧结炉中去除打印件中固态有机物，生成脱脂ZrO2-GO复合陶瓷打印件；
S3：根据ZrO2-GO复合陶瓷生坯的特性确定烧结温度值为1450℃以及保温时间为0min或90min；
S4：烧结脱脂ZrO2-GO复合陶瓷打印件：在常压烧结炉中，以预设的升温速率将烧结温度提高到确定的烧结温度值1450℃，并在确定的保温时间内保温烧结脱脂ZrO2-GO复合陶瓷打印件成ZrO2-GO复合陶瓷样件；
S5：在常压烧结炉中，以设定的降温速率将ZrO2-GO复合陶瓷样件冷却到500℃，冷却成ZrO2-GO复合陶瓷件。
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