中国陶瓷 2007年第12期 备出固相含量达到6ωvo.%、低粘度的悬浮液。当温度由时,“墨滴”不带电,经过偏转板时“墨滴”不发生偏转, 20℃降低到13℃时,分散剂的分散作用迅速减弱,浆料被捕捉收回,不落在基板上。Hong- Ren wang等人 粘度、弹性模量迅速提高,并在5℃时完全固化。得到的采用S-32DPTM技术以氧化铝、氧化硅复合体系为原料 坯体组成结构均匀并具有高的硬度。由于聚酯类分散剂在制备了GRN透镜。R. Melcher等人以氧化铝、糊 有机溶剂中的溶解度具有可逆性,因而成型不合格的坯体精、铜合金等为原料釆用三维印刷成型技术制备出断裂 可以重新使用,成型坯体机械强度好,该方法已成功用于韧性为5.5MPa·m1,抗弯强度236MPa的氧化铝基金 AlO3、SiN4及复合材料的研究。 属/陶瓷复合材料。 Jooho Moon等人馴采用3DP技术 1.6快速自动成型技术 在碳床上印刷沉积SiC制备出SiC/Si复合材料。 决速自动成型技术( Rapid prototyping and Manufacturin 三维印刷成型具有易于制备复杂几何形状元件、易 简称RP或RRM)或自由实体造型( Solid free form实现自动化、成型速度快和成本低(尤其对小批量产品) Fabrication,简称S是80年代中期发展起来的一种成形等优点,是传统陶瓷制备工艺无可比拟的。 新技术,它是集CAD、CAM、机械电子工程、精密伺服2陶瓷成型技术的发展思路 驱动数控技术、激光技术、化学工程和新材料科学为 自上个世纪80年代以夹新的陶瓷成型技术不断出 体的新型制造技术,是世界上最先进的制造技术之一 Piezo-cleetncit' RP技术利用离散/堆积原理,采用积分制造三维实体 AlT 在成型过程中,先由三维造型软件在计算机中做成部件的 Nozzle 三维实体模型,然后将其用软件“切”出设定厚度系列片 Charging unIt 层(几个微米),再捋这些片层的数据信息传递给成型机, 控制材料有规律地、精确地逐层堆积而成所需零件,而不 需要特殊的模具、工具和人工干涉。J.L.Song等人 采用激光选择性烧结技术以石英砂为原料进行原位成型, 制备出高强度的石英部件。快速自动成型技术制备形状复 杂的陶瓷件无需模具,无需机械加工,可随时调整设计制 Reflux pipe 备形状复杂的陶瓷件和功能梯度材料,但成型坯体密度相 图3喷墨打印成型工艺原理示意图 对较低。在几种典型的RP技术中分层实体造型和三维印Fig.3 Schematic diagram of int- -jet printing fabrication 刷成型比较适合陶瓷材料的成型。 1.6.1分层实体成型 现,相信在科学技术高度发展和科技工作者的努力下还 分层实体成型( Laminated Object manufacturing 会有更多的新的成型方法涌现。与传统的成型方法相比 简称LOM)是将薄膜材料逐层激光切割成所需形状, 现代成型方法在制备复杂形状和梯度复合材料等方面有 然后叠加在一起的造形方法。1OM技术常用材料是纸 着十分明显的优势,有效控制了材料显微结构,减少了 金属箔、塑料膜、陶瓷膜等,除了可以制造模具、模型外,材料内部缺陷,提高了材料性能和可靠性,但同时又存 还可以直接制造结构件或功能件。LOM技术成形速度快, 在一定的局限性。为了适应高性能陶瓷材料发展的需要 制造成本低,制备高质量的陶恣件有着很大优势。但由于获得高致密、均性好和精度高的陶意成型体,并使其 材料薄膜厚度有限制,未经处理的表面不光洁,需要进行 具有实用价值,在陶瓷成型技术的发展方面应注重下列 再处理 几个问题 1.6.2三维印刷成型 (1)有待解决的技术难点 三维印刷成型技术( Three Dimensional Printing, 在胶态成型技术中,加强固化机理探讨和开发新的 简称3DP)或者称为喷墨打印成型法(int- jet printing 符合要求的物理或化学反应是该成型工艺发展的主要方 Fabrication)l,是一种全新的陶瓷成型方法,它是现代同之一,低粘度高固相含量浆料的制备是胶态成型工艺 计算机技术与纳米陶瓷悬浮浆料制备技术相结合的产物, 面临的首要问题;粉体表面改性,引人高效的分散剂和 这种技术最先由3 D System公司推出,并应用于复杂形 工艺参数等有待深入研究;坯体干燥时表面易有裂纹和 瓷部件的成型。其原理是计算机依据所需部件形状所起皮现象,脱脂过程常会引起坯体变形和开裂等缺陷, 的信息通过连续喷雾印刷头有选择地逐层将粉体粘 应寻求新的干燥和脱脂理论和方法;RP技术在陶瓷领域 结迭加并热处理成最终的部件,其原理如图3所示。将特 中的应用,首先是在保证成形的前提下,尽可能提高坯 制的“墨水”加压后雾化,经由一带电管子,在计算机的 体中粉体固含量,其次是提高层间结合质量,尽量减少 控制下,使“墨滴”有选择地带电,“墨滴”由水平及垂各向异性,在平面切片的基础上开展曲面切片的研究 直偏转板以静电偏转方式投射到基板上,逐层叠加,经加 (2)多学科交叉协作,探索新工艺 热处理后得到最终部件。当印刷头经过不需要成型的部位 随着经济、社会和科学的发展,三大材料及复合材 6|中国陶瓷| CHINA CERAMICS丨2007(43)第12期中 国 陶 瓷 年 第 期 备出固相含量达到 、 低粘度的悬浮液 。 当温度由 ℃降低到 ℃时 , 分散剂的分散作用迅速减弱 , 浆料 粘度 、 弹性模量迅速提高 , 并在 ℃时完全固化 。 得到的 坯体组成结构均匀并具有高的硬度 。 由于聚醋类分散剂在 有机溶剂中的溶解度具有可逆性 , 因而成型不合格的坯体 可以重新使用 , 成型坯体机械强度好 , 该方法 已成功用于 、 召 及复合材料的研究 。 快速自动成型技术 决速自动五哩技术 血 饭丈 灿琶 列 酬团卫血汰劝卫 , 简 称 或 或 自 由 实 体 造 型 助 此 角 凡政公血 , 简称印 是 年代中期发展起来的一种成形 新技术 , 它是集 、 、 机械电子工程 、 精密伺服 驱动数控技术 、 激光技术 、 化学工程和新材料科学为一 体的新型制造技术 , 是世界上最先进的制造技术之一 四 。 技术利用离散 堆积原理 , 采用积分制造三维实体 。 在成型过程中 , 先 由三维造型软件在计算机中做成部件的 三维实体模型 , 然后将其用软件 “ 切 ” 出设定厚度系列片 层 几个微米 , 再将这些片层的数据信息传递给成型机 , 控制材料有规律地 、 精确地逐层堆积而成所需零件 , 而不 需要特殊的模具 、 工具和人工 干涉 。 等人 囚 采用激光选择性烧结技术以石英砂为原料进行原位成型 , 制备出高强度的石英部件 。 快速 自动成型技术制备形状复 杂的陶瓷件无需模具 , 无需机械加工 , 可随时调整设计制 备形状复杂的陶瓷件和功能梯度材料 , 但成型坯体密度相 对较低 。 在几种典型的 技术中分层实体造型和三维印 刷成型 比较适合陶瓷材料的成型 。 分层实体成型 分层实体成型 , 简称 是将薄膜材料逐层激光切割成所需形状 , 然后叠加在一起的造形方法 。 技术常用材料是纸 、 金属箔 、 塑料膜 、 陶瓷膜等 , 除了可以制造模具 、 模型外 , 还可以直接制造结构件或功能件 。 技术成形速度快 , 制造成本低 , 制备高质量的陶瓷件有着很大优势 。 但由于 材料薄膜厚度有限制 , 未经处理的表面不光洁 , 需要进行 再处理 。 三维印刷成型 三维印刷成型技术 眼 , 简称 或者称为喷墨打印成型法 一 〔, ’ , 是一种全新的陶瓷成型方法 , 它是现代 计算机技术与纳米陶瓷悬浮浆料制备技术相结合的产物 , 这种技术最先 由 公司推出 , 并应用于复杂形 状陶瓷部件的成型 。 其原理是计算机依据所需部件形状所 提供的信息通过连续喷雾印刷头有选择地逐层将粉体粘 结迭加并热处理成最终的部件 , 其原理如图 所示 。 将特 制的 “ 墨水 ” 加压后雾化 , 经 由一带 电管子 , 在计算机的 控制下 , 使 “ 墨滴 ” 有选择地带 电 , “ 墨滴 ” 由水平及垂 直偏转板以静 电偏转方式投射到基板上 , 逐层叠加 , 经加 热处理后得到最终部件 。 当印刷头经过不需要成型的部位 时 , “ 墨滴 ” 不带电 , 经过偏转板时 “ 墨滴 ” 不发生偏转 , 被捕捉收回 , 不落在基板上 。 一 等人 叨 采用 一 犯 技术以氧化铝 、 氧化硅复合体系为原料 制备了 透镜 。 等人 〔, , 以氧化铝 、 糊 精 、 铜合金等为原料采用三维印刷成型技术制备出断裂 韧性为 · ’一 , 抗弯强度 的氧化铝基金 属 陶瓷复合材料 。 等人 , 采用 技术 在碳床上 印刷沉积 制备出 复合材料 。 三维印刷成型具有易于制备复杂几何形状元件 、 易 实现 自动化 、 成型速度快和成本低 尤其对小批量产品 等优点 , 是传统陶瓷制备工艺无可比拟的 。 陶瓷成型技术的发展思路 自上个世纪 年代 以来新的陶瓷成型技术不断出 盘 。、 厦曰厂 八 一 图门日 , 一 怪 — 图 喷墨打印成型工艺原理示意图 一 现 , 相信在科学技术高度发展和科技工 作者的努力下还 会有更多的新的成型方法涌现 。 与传统的成型方法相 比 , 现代成型方法在制备复杂形状和梯度复合材料等方面有 着十分明显的优势 , 有效控制 了材料显微结构 , 减少了 材料 内部缺陷 , 提高了材料性能和可靠性 , 但同时又存 在一定的局 限性 。 为了适应高性能陶瓷材料发展 的需要 , 获得高致密 、 均一性好和精度高的陶瓷成型体 , 并使其 具有实用价值 , 在陶瓷成型技术的发展方面应注重下列 几个问题 有待解决的技术难点 在胶态成型技术中 , 加强固化机理探讨和开发新的 符合要求的物理或化学反应是该成型工 艺发展的主要方 向之一 , 低粘度高固相含量浆料的制备是胶态成型工 艺 面临的首要 问题 粉体表面改性 , 引人高效的分散剂和 工艺参数等有待深人研究 坯体干燥时表面 易有裂纹和 起 皮现象 , 脱脂过程常会 引起坯 体变形和开 裂等缺陷 , 应寻求新的干燥和脱脂理论和方法 技术在陶瓷领域 中的应用 , 首先是在保证成形 的前提下 , 尽 可能提高坯 体 中粉体固含量 , 其次是提高层 间结合质量 , 尽量 减少 各向异性 在平面切片的基础上开展曲面切片的研究 。 多学科交叉协作 , 探索新工艺 随着经济 、 社会和科学 的发展 , 三大材料及复合材 中国陶瓷 第 期 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net