CN118026655A - 一种光固化增材制造陶瓷部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光固化增材制造陶瓷部件的方法，步骤如下：第一步：配制树脂预混液，不参与光固反应的有机溶剂的质量为树脂预混液质量的20%～40%，光敏树脂由单官能团树脂、双官能团树脂和三官能团树脂混合而成；第二步：得到光固化增材制造膏体；第三步：进行光固化成形，得到生坯；第四步：清洗生坯，然后通过冷冻干燥，直至生坯表面出现细微孔洞；第五步：热脱脂；第六步：烧结。本发明的目的是提供一种基于光固化陶瓷增材制造材料、制造较厚部件的制造方法。

Description

一种光固化增材制造陶瓷部件的方法
技术领域
本发明涉及光固化陶瓷增材制造领域，尤其涉及一种光固化增材制造陶瓷部件的方法。
背景技术
增材制造是一种快速成型技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状的可粘合材料、通过逐层打印的方式来构造物体的技术。由于增材制造技术能够在相对短的时间内构造复杂的结构，因此增材制造技术逐渐在模具制造、工业设计、医疗产业等领域得到广泛研究和应用。
增材制造使用的可粘合材料视所使用的行业，既可以是金属材料，也可以是非金属材料，在医疗行业中，为了患者日常生活方便，首先会考虑使用非金属材料，比如陶瓷材料作为增材制造使用的可粘合材料。
现有的光固化陶瓷增材制造材料存在如下问题：在使用陶瓷材料制备增材制造对象的工艺中，对陶瓷进行脱脂是必不可少的工艺流程，在医疗器械中经常会需要增材制造厚度在10毫米以上的对象，较厚的陶瓷构件在脱脂过程中使得气体排出的路径较长，并且经常因未及时排出气体，导致在脱脂时产生较大的裂纹；为了防止裂纹的产生，现有工艺的解决办法是尽可能降低热脱脂速率，目前热脱脂10毫米以上厚度的对象通常需要10天甚至更久，但是这也使得陶瓷增材制造周期过长。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于光固化增材制造陶瓷材料、制造较厚部件的制造方法。
技术方案：本发明所述的一种光固化增材制造陶瓷部件的方法，步骤如下：
第一步：将不参与光固反应的有机溶剂与光敏树脂混合，得到树脂预混液，所述不参与光固反应的有机溶剂的质量为所述树脂预混液质量的20%～40%（质量比），所述光敏树脂由单官能团树脂、双官能团树脂和三官能团树脂混合而成，纯的单官能团树脂在光固化过程中参与交联反应的速度比较慢，纯三官能团的树脂发生交联反应较快且放热大；
第二步：向第一步得到的所述混合物中加入光引发剂，光引发剂的质量为光敏树脂预混液质量的1.5～2.5%，然后分三次加入级配陶瓷颗粒和分散剂，三次加入所述级配陶瓷颗粒的加入量分别是级配陶瓷颗粒总质量的50%、40%和10%，所述分散剂的质量为级配陶瓷颗粒质量的1～3%,，每次加入级配陶瓷颗粒和分散剂后将混合物放入均质机均质，级配陶瓷颗粒和分散剂加入完毕后放入辊压机中多次辊压，获得光固化增材制造膏体，将光固化增材制造膏体放入真空机内进行脱泡处理；
第三步：将第二步后得到的光固化增材制造膏体放入增材制造设备内进行光固化成形，得到生坯；
第四步：清洗第三步后得到的所述生坯，然后将经过清洗的生坯冷冻干燥，直至生坯表面出现细微孔洞；
第五步：将经过冷冻干燥的生坯放入加热装置热脱脂，向所述加热装置内通入惰性气体，所述惰性气体的通入速度为0.5L/min，加热装置内的温度从室温升到200℃，升温速率为0.9～1.2℃/min；温度从200℃升到300℃，升温速率为0.4～0.6℃/min；温度从300℃升到400℃为，升温速率为0.08～0.12℃/min，期间在300℃、325℃、350℃和400℃四个温度点值时分别保温2小时；温度从400℃升到600℃，升温速率为0.2～0.4℃/min；在600℃时保温0.8～1.2小时；
第六步：烧结，加热装置内的温度从600℃升到800℃，升温速率为0.9～1.2℃/min；在800℃时向加热装置内通入氧气和惰性气体的混合气体，氧气的含量占混合气体的5～8%（体积比），所述混合气体的通入速度为0.1L/min，加热装置内的温度800℃升到1000℃，升温速率为1.3～1.7℃/min；在1000℃时改为向加热装置内通入氧气和惰性气体的第二混合气体，氧气的含量占第二混合气体的10～15%（体积比），温度从1000℃升到1350℃，升温速率为0.9～1.2℃/min；在1350℃时改为向加热装置内通入空气，所述空气的通入速度为1L/min，温度从1350℃升到最高烧结温度，升温速率为0.9～1.2℃/min；在最高烧结温度保温0.5～4个小时；温度从最高烧结温度降至1000℃，降温速度为0.9～1.2℃/min；最后从1000℃在加热装置内自然冷却。生坯在脱脂结束后会残余大量的碳，控制气氛中的氧含量能够减缓氧化反应，防止烧结时因短时间内产生大量气体而产生裂纹。
进一步地，第一步中所述单官能团树脂、双官能团树脂和三官能团树脂的质量比为1:1.5:2.5～1:2.5:4。
进一步地所述单官能团光敏树脂为甲基丙烯酸羟基乙酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸异冰片酯、苯氧基乙基丙烯酸酯或月桂酸甲基丙烯酸酯中的一种或任意多种混合，所述双官能团光敏树脂为1,6-己二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯或二丙二醇二丙烯酸酯中的一种或任意多种混合，所述三官能团光敏树脂单体为丙氧基化甘油三丙烯酸酯或乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
进一步地，第一步中所述不参与光固反应的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮中的一种或者任意混合。
进一步地，第四步中使用流动的清洗液清洗所述生坯，所述清洗液为树脂单体、异丙醇和聚乙二醇按质量比为1:1:1混合后混合得到，树脂单体为甲基丙烯酸羟基乙酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸异冰片酯、苯氧基乙基丙烯酸酯或月桂酸甲基丙烯酸酯中的一种。
进一步地，第一步中所述不参与光固反应的有机溶剂还包括聚乙二醇。
进一步地，当第一步中所述不参与光固反应的有机溶剂包括聚乙二醇时，第四步中使用流动的碱性溶液清洗所述生坯。
进一步地，第一步和第四步中所述的聚乙二醇只能为短链的PEG200、PEG400、PEG600中的一种或者任意混合，短链的聚乙二醇更容易跟随碱性溶液渗出生坯，在渗出过程中在生坯表面产生细微孔洞。
进一步地，所述碱性溶液为硝酸铵溶液，所述硝酸铵溶液的pH值为pH 8.5～9.5，硝酸铵能够在高温下分解，不会残留在最终得到的产品中。
进一步地，第二步中所述光固化增材制造膏体的固含量G≥60vol%（质量比）固含量是指陶瓷在光固化增材制造膏体的体积占比。
进一步地，第三步中所述增材制造设备的参数为光强为50～150mW, 激光打印速度为1000～14000mm/s, 打印间距为0.02～0.04mm，打印层厚为40～80μm。
进一步的，第二步中所述级配陶瓷颗粒是粒径为200纳米的陶瓷颗粒和粒径为5～25微米的陶瓷颗粒的混合物，所述粒径为200纳米的陶瓷颗粒和粒径为5～25微米的陶瓷颗粒的质量比为3:1~2:1。
进一步地，所述粒径为5～25微米的陶瓷颗粒是由原始粒径为20纳米～50纳米的陶瓷粉末喷雾造粒得到的。
进一步的，所述陶瓷颗粒的材料可以是任意一种陶瓷，比如氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钇、镁铝尖晶石或羟基磷灰石中的任意一种，也可以是其他陶瓷。
进一步的，所述最高烧结温度与陶瓷材料有关，当陶瓷颗粒的材料为氧化铝时，所述最高烧结温度为1700℃；当陶瓷材料为氧化锆时，所述最高烧结温度为1500℃；当陶瓷材料为氧化镁或氧化钇时，所述最高烧结温度为1800℃。
进一步的，第五步中所述加热装置为气氛炉。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：1、级配陶瓷颗粒是由粒径为200纳米的陶瓷颗粒和粒径为5～25微米的陶瓷颗粒混合，而5～25微米的陶瓷颗粒是由原始粒径为20纳米～50纳米的陶瓷粉末喷雾造粒得到的，原始粒径为20纳米～50纳米的陶瓷粉末活性大，喷雾造粒后得到的5～25微米的陶瓷颗粒比表面积小，其在后续工艺中更容易分散，因此级配陶瓷颗粒兼顾了活性大和分散性好的优点；2、向高固含量膏体加入不参与光固反应的有机溶剂，不参与光固反应的有机溶剂稀释了树脂预混液，降低了单位体积内的光敏树脂的含量，使得光敏树脂在膏体中分布更为均匀，为后续更好地脱脂打下好的基础；3、N，N-二甲基甲酰胺、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮三种有机溶剂沸点较低，可以通过冷冻干燥能够更快渗出生坯，在渗出过程中就在生坯表面产生细微孔洞，如果不参与光固反应的有机溶剂中还包括聚乙二醇，使用流动的碱性溶液清洗生坯时聚乙二醇也会跟随碱性溶液渗出生坯，在渗出过程中也会在生坯表面产生细微孔洞，产生的细微孔洞有利于后续热脱脂时气体的排出，防止脱脂过程中气体排出过快而产生裂纹，因此能够尽可能缩短热脱脂和烧结的时间，减少制造周期，增加产品的挠曲强度；4、使用本发明后，基于光固化陶瓷增材制造材料制造的厚度较厚部件的生产周期，从10天（即240小时）缩短为55～80小时，生产周期大幅缩短。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明热脱脂和烧结的耗时的走势图。
图3为现有的制造工艺制造的较厚部件的局部放大图。
图4为本发明制造的较厚部件的局部放大图。
图5为经过冷冻干燥后的生坯的表面放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
现有的制造较厚部件的方法步骤如下：
第一步：配制光敏树脂单体混合物（不含其他化学溶剂）；
第二步：向第一步得到的混合物中加入光引发剂，光引发剂的质量为光敏树脂预混液质量的1.5～2.5%，然后分三次加入级配氧化铝颗粒和分散剂，三次加入级配氧化铝颗粒的加入量分别是级配氧化铝颗粒总质量的50%、40%和10%，分散剂的质量为级配氧化铝颗粒质量的1～3%,，每次加入级配氧化铝颗粒和分散剂后将混合物放入均质机均质，级配氧化铝颗粒和分散剂加入完毕后放入辊压机中多次辊压，获得光固化增材制造膏体，将光固化增材制造膏体放入真空机内进行脱泡处理，光固化增材制造膏体的固含量G≥60vol%，级配氧化铝颗粒是粒径为200纳米的氧化铝颗粒和粒径为5～25微米的氧化铝颗粒的混合物，粒径为200纳米的氧化铝颗粒和粒径为5～25微米的氧化铝颗粒的质量比为3:1~2:1，粒径为5～25微米的氧化铝颗粒是由原始粒径为20纳米～50纳米的氧化铝粉末喷雾造粒得到的；
第三步：将第二步后得到的光固化增材制造膏体放入增材制造设备内进行光固化成形，得到生坯；
第四步：使用流动的异丙醇清洗第三步后得到的生坯，然后干燥；
第五步：将经过干燥的生坯放入气氛炉热脱脂，向气氛炉内通入氩气，氩气的通入速度为0.5L/min，气氛炉内的温度从室温升到200℃，升温速率为0.3℃/min；温度从200℃升到300℃，升温速率为0.1℃/min；温度从300℃升到400℃为，升温速率为0.03℃/min，期间在300℃、325℃、350℃和400℃四个温度点值时分别保温2小时；温度从400℃升到600℃，升温速率为0.05℃/min；在600℃时保温1小时；
第六步：烧结，气氛炉内气氛环境为空气，气氛炉内的温度从600℃升到800℃，升温速率为0.3℃/min；气氛炉内的温度800℃升到1000℃，升温速率为0.4℃/min；温度从1000℃升到1350℃，升温速率为0.3℃/min；温度从1350℃升到1700℃，升温速率为0.25℃/min；在1700℃保温2.5个小时；温度从1700℃降至1000℃，降温速度为0.28℃/min；最后从1000℃在加气氛炉内自然冷却。
现有的制造较厚部件的方法需要241小时，且得到的较厚部件的局部放大图如图3所示，存在比较大的裂纹，挠曲强度仅为180MPa。
实施例2
参见附图1～图5，本发明所示的一种光固化增材制造陶瓷部件的方法，步骤如下：
第一步：将异丙醇与光敏树脂混合，得到光敏树脂预混液，异丙醇的质量为树脂预混液质量的25%，光敏树脂由甲基丙烯酸羟基乙酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯和丙氧基化甘油三丙烯酸酯按质量比为1:2:3的比例混合；
第二步：向第一步得到的混合物中加入光引发剂，光引发剂的质量为光敏树脂预混液质量的1.5～2.5%，然后分三次加入级配氧化铝颗粒和分散剂，三次加入级配氧化铝颗粒的加入量分别是级配氧化铝颗粒总质量的50%、40%和10%，分散剂的质量为级配氧化铝颗粒质量的1～3%,，每次加入级配氧化铝颗粒和分散剂后将混合物放入均质机均质，级配氧化铝颗粒和分散剂加入完毕后放入辊压机中多次辊压，获得光固化增材制造膏体，将光固化增材制造膏体放入真空机内进行脱泡处理，光固化增材制造膏体的固含量G≥60vol%，级配氧化铝颗粒是粒径为200纳米的氧化铝颗粒和粒径为5～25微米的氧化铝颗粒的混合物，粒径为200纳米的氧化铝颗粒和粒径为5～25微米的氧化铝颗粒的质量比为3:1~2:1，粒径为5～25微米的氧化铝颗粒是由原始粒径为20纳米～50纳米的氧化铝粉末喷雾造粒得到的；
第三步：将第二步后得到的光固化增材制造膏体放入增材制造设备内进行光固化成形，得到生坯，增材制造设备的参数为光强为70mW, 激光打印速度为8000mm/s, 打印间距为0.03mm，打印层厚为50μm；
第四步：使用流动的去离子水清洗第三步后得到的生坯，然后将经过清洗的生坯冷冻干燥，直至生坯表面出现细微孔洞；
第五步：将经过冷冻干燥的生坯放入气氛炉热脱脂，向气氛炉内通入氩气，氩气的通入速度为0.5L/min，气氛炉内的温度从室温升到200℃，升温速率为1℃/min；温度从200℃升到300℃，升温速率为0.5℃/min；温度从300℃升到400℃为，升温速率为0.1℃/min，期间在300℃、325℃、350℃和400℃四个温度点值时分别保温2小时；温度从400℃升到600℃，升温速率为0.3℃/min；在600℃时保温1小时；
第六步：烧结，气氛炉内的温度从600℃升到800℃，升温速率为1℃/min；在800℃时向气氛炉内通入氧气和氩气的第一混合气体，氧气的含量占第一混合气体的6%（体积比），混合气体的通入速度为0.1L/min，气氛炉内的温度800℃升到1000℃，升温速率为1.5℃/min；在1000℃时改为向气氛炉内通入氧气和惰性气体的第二混合气体，氧气的含量占第二混合气体的12%（体积比），温度从1000℃升到1350℃，升温速率为1℃/min；在1350℃时改为向气氛炉内通入空气，所述空气的通入速度为1L/min，温度从1350℃升到1700℃，升温速率为1℃/min；在1700℃保温2.5个小时；温度从1700℃降至1000℃，降温速度为1℃/min；最后从1000℃在气氛炉内自然冷却。
得到的较厚部件的局部放大图如图4所示不存在裂纹，挠曲强度可达为480MPa。
实施例3
参见附图1～图5，本发明所示的一种光固化增材制造陶瓷部件的方法，步骤如下：
第一步：将N，N-二甲基甲酰胺、聚乙二醇与光敏树脂混合，得到光敏树脂预混液，N，N-二甲基甲酰胺与聚乙二醇混合后的质量为树脂预混液质量的35%，光敏树脂由丙烯酸异冰片酯、二丙二醇二丙烯酸酯和乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯按质量比为1:2.5:3.5混合而成；
第二步：向第一步得到的混合物中加入光引发剂，光引发剂的质量为光敏树脂预混液质量的2.2%，然后分三次加入级配氧化铝颗粒和分散剂，三次加入级配氧化铝颗粒的加入量分别是级配氧化铝颗粒总质量的50%、40%和10%，分散剂的质量为级配氧化铝颗粒质量的2.5%,，每次加入级配氧化铝颗粒和分散剂后将混合物放入均质机均质，级配氧化铝颗粒和分散剂加入完毕后放入辊压机中多次辊压，获得光固化增材制造膏体，将光固化增材制造膏体放入真空机内进行脱泡处理，光固化增材制造膏体的固含量G≥60vol%，级配氧化铝颗粒是粒径为200纳米的氧化铝颗粒和粒径为5～25微米的氧化铝颗粒的混合物，粒径为200纳米的氧化铝颗粒和粒径为5～25微米的氧化铝颗粒的质量比为3:1~2:1，粒径为5～25微米的氧化铝颗粒是由原始粒径为20纳米～50纳米的氧化铝粉末喷雾造粒得到的；
第三步：将第二步后得到的光固化增材制造膏体放入增材制造设备内进行光固化成形，得到生坯，增材制造设备的参数为光强为115mW, 激光打印速度为5000mm/s, 打印间距为0.018mm，打印层厚为45μm；
第四步：使用流动的硝酸铵溶液清洗第三步后得到的生坯，硝酸铵溶液pH值为pH8.5～9.5，然后将经过清洗的生坯冷冻干燥，直至生坯表面出现细微孔洞；
第五步：将经过冷冻干燥的生坯放入气氛炉热脱脂，向气氛炉内通入惰性气体，惰性气体的通入速度为0.5L/min，气氛炉内的温度从室温升到200℃，升温速率为1.1℃/min；温度从200℃升到300℃，升温速率为0.55℃/min；温度从300℃升到400℃为，升温速率为0.11℃/min，期间在300℃、325℃、350℃和400℃四个温度点值时分别保温2小时；温度从400℃升到600℃，升温速率为0.37℃/min；在600℃时保温0.9小时；
第六步：烧结，气氛炉内的温度从600℃升到800℃，升温速率为1.15℃/min；在800℃时向气氛炉内通入氧气和惰性气体的第一混合气体，氧气的含量占第一混合气体的7%（体积比），混合气体的通入速度为0.1L/min，气氛炉内的温度800℃升到1000℃，升温速率为1.6℃/min；在1000℃时改为向气氛炉内通入氧气和惰性气体的第二混合气体，氧气的含量占第二混合气体的13%（体积比），温度从1000℃升到1350℃，升温速率为1.12℃/min；在1350℃时改为向气氛炉内通入空气，所述空气的通入速度为1L/min，温度从1350℃升到1700℃，升温速率为1.12℃/min；在1700℃保温0.5～4个小时；温度从1700℃降至1000℃，降温速度为1.11℃/min；最后从1000℃在气氛炉内自然冷却。
得到的较厚部件的局部放大图如图4所示不存在裂纹，挠曲强度可达为560MPa。
第三步后得到的生坯，经过清洗及冷冻干燥后的表面如图5所示，图中黑色圆点就是生坯表面出现细微孔洞。

Claims (10)

1.一种光固化增材制造陶瓷部件的方法，步骤如下：
第一步：将不参与光固反应的有机溶剂与光敏树脂混合，得到树脂预混液，所述不参与光固反应的有机溶剂的质量为所述树脂预混液质量的20%～40%（质量比），所述光敏树脂由单官能团树脂、双官能团树脂和三官能团树脂混合而成；
第二步：向第一步得到的所述混合物中加入光引发剂，光引发剂的质量为光敏树脂预混液质量的1.5～2.5%，然后分三次加入级配陶瓷颗粒和分散剂，三次加入所述级配陶瓷颗粒的加入量分别是级配陶瓷颗粒总质量的50%、40%和10%，所述分散剂的质量为级配陶瓷颗粒质量的1～3%，每次加入级配陶瓷颗粒和分散剂后将混合物放入均质机均质，级配陶瓷颗粒和分散剂加入完毕后放入辊压机中多次辊压，获得光固化增材制造膏体，将光固化增材制造膏体放入真空机内进行脱泡处理；
第三步：将第二步后得到的光固化增材制造膏体放入增材制造设备内进行光固化成形，得到生坯；
第四步：清洗第三步后得到的所述生坯，然后将经过清洗的生坯冷冻干燥，直至生坯表面出现细微孔洞；
第五步：将经过冷冻干燥的生坯放入加热装置热脱脂，向所述加热装置内通入惰性气体，所述惰性气体的通入速度为0.5L/min，加热装置内的温度从室温升到200℃，升温速率为0.9～1.2℃/min；温度从200℃升到300℃，升温速率为0.4～0.6℃/min；温度从300℃升到400℃为，升温速率为0.08～0.12℃/min，期间在300℃、325℃、350℃和400℃四个温度点值时分别保温2小时；温度从400℃升到600℃，升温速率为0.2～0.4℃/min；在600℃时保温0.8～1.2小时；
第六步：烧结，加热装置内的温度从600℃升到800℃，升温速率为0.9～1.2℃/min；在800℃时向加热装置内通入氧气和惰性气体的第一混合气体，氧气的含量占第一混合气体的5～8%，所述混合气体的通入速度为0.1L/min，加热装置内的温度800℃升到1000℃，升温速率为1.3～1.7℃/min；在1000℃时改为向加热装置内通入氧气和惰性气体的第二混合气体，氧气的含量占第二混合气体的10～15%，温度从1000℃升到1350℃，升温速率为0.9～1.2℃/min；在1350℃时改为向加热装置内通入空气，所述空气的通入速度为1L/min，温度从1350℃升到最高烧结温度，升温速率为0.9～1.2℃/min；在最高烧结温度保温0.5～4个小时；温度从最高烧结温度降至1000℃，降温速度为0.9～1.2℃/min；最后从1000℃在加热装置内自然冷却。
2.根据权利要求1所述的一种光固化增材制造陶瓷部件的方法，其特征在于：第一步中所述单官能团树脂、双官能团树脂和三官能团树脂的质量比为1:1.5:2.5～1:2.5:4。
3.根据权利要求1或2所述的一种光固化增材制造陶瓷部件的方法，其特征在于：所述单官能团光敏树脂为甲基丙烯酸羟基乙酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸异冰片酯、苯氧基乙基丙烯酸酯或月桂酸甲基丙烯酸酯中的一种或任意多种混合，所述双官能团光敏树脂为1,6-己二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯或二丙二醇二丙烯酸酯中的一种或任意多种混合，所述三官能团光敏树脂单体为丙氧基化甘油三丙烯酸酯或乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
4.根据权利要求1所述的一种光固化增材制造陶瓷部件的方法，其特征在于：第一步中所述不参与光固反应的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮中的一种或者任意混合。
5.根据权利要求1所述的一种光固化增材制造陶瓷部件的方法，其特征在于：第四步中使用流动的清洗液清洗所述生坯，所述清洗液为树脂单体、异丙醇和聚乙二醇按质量比为1:1:1混合后混合得到。
6.根据权利要求4所述的一种光固化增材制造陶瓷部件的方法，其特征在于：第一步中所述不参与光固反应的有机溶剂还包括聚乙二醇。
7.根据权利要求6所述的一种光固化增材制造陶瓷部件的方法，其特征在于：当第一步中所述不参与光固反应的有机溶剂包括聚乙二醇时，第四步中使用流动的碱性溶液清洗所述生坯。
8.根据权利要求1所述的一种光固化增材制造陶瓷部件的方法，其特征在于：所述碱性溶液为硝酸铵溶液，所述硝酸铵溶液的pH值为pH 8.5～9.5。
9.根据权利要求1所述的一种光固化增材制造陶瓷部件的方法，其特征在于：第二步中所述光固化增材制造膏体的固含量G≥60vol%。
10.根据权利要求1所述的一种光固化增材制造陶瓷部件的方法，其特征在于：三步中所述增材制造设备的参数为光强为50～150mW, 激光打印速度为1000～14000mm/s, 打印间距为0.02～0.04mm，打印层厚为40～80μm。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107584631A (zh) * 2017-10-25 2018-01-16 西安工业大学 一种陶瓷坯体的3d打印方法
CN108658607A (zh) * 2018-05-17 2018-10-16 广东工业大学 一种新型陶瓷浆料及其制备的陶瓷和应用
CN110436944A (zh) * 2018-05-03 2019-11-12 苏州聚复高分子材料有限公司 一种可光致固化的组合物
CN110698197A (zh) * 2019-08-08 2020-01-17 深圳光韵达光电科技股份有限公司 陶瓷3d打印膏料及其制备方法
CN111116205A (zh) * 2019-12-30 2020-05-08 中国建筑材料科学研究总院有限公司 光敏树脂基碳源/碳化硅陶瓷浆料、制备多孔碳/碳化硅坯体的方法、结构件及制备方法
CN113603467A (zh) * 2021-08-09 2021-11-05 深圳协同创新高科技发展有限公司 一种用于3d打印的光固化陶瓷浆料及成型坯体的预处理方法
CN113754430A (zh) * 2021-08-05 2021-12-07 西安交通大学 一种3d打印用级配氧化锆膏料及其制备方法和应用
CN114853450A (zh) * 2022-05-23 2022-08-05 西北工业大学 一种光固化3d打印氧化铝基陶瓷型芯及其制备方法
WO2023010900A1 (zh) * 2021-08-05 2023-02-09 国科温州研究院(温州生物材料与工程研究所) 一种基于3d打印模板制备的具有有序多孔结构的聚乙烯醇海绵及应用

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107584631A (zh) * 2017-10-25 2018-01-16 西安工业大学 一种陶瓷坯体的3d打印方法
CN110436944A (zh) * 2018-05-03 2019-11-12 苏州聚复高分子材料有限公司 一种可光致固化的组合物
CN108658607A (zh) * 2018-05-17 2018-10-16 广东工业大学 一种新型陶瓷浆料及其制备的陶瓷和应用
CN110698197A (zh) * 2019-08-08 2020-01-17 深圳光韵达光电科技股份有限公司 陶瓷3d打印膏料及其制备方法
CN111116205A (zh) * 2019-12-30 2020-05-08 中国建筑材料科学研究总院有限公司 光敏树脂基碳源/碳化硅陶瓷浆料、制备多孔碳/碳化硅坯体的方法、结构件及制备方法
CN113754430A (zh) * 2021-08-05 2021-12-07 西安交通大学 一种3d打印用级配氧化锆膏料及其制备方法和应用
WO2023010900A1 (zh) * 2021-08-05 2023-02-09 国科温州研究院(温州生物材料与工程研究所) 一种基于3d打印模板制备的具有有序多孔结构的聚乙烯醇海绵及应用
CN113603467A (zh) * 2021-08-09 2021-11-05 深圳协同创新高科技发展有限公司 一种用于3d打印的光固化陶瓷浆料及成型坯体的预处理方法
CN114853450A (zh) * 2022-05-23 2022-08-05 西北工业大学 一种光固化3d打印氧化铝基陶瓷型芯及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
庞爱民等: "《纳米含能材料》", 31 December 2019, 中国宇航出版社, pages: 135 *
杨飞等: "陶瓷面曝光快速成型工艺研究", 《机械工程学报》, vol. 53, no. 7, 30 April 2017 (2017-04-30), pages 138 - 144 *

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