▲ 金(jin)石三(san)維(wei)陶瓷3D打印機K-D-2

傳(chuan)統的(de)機械加工方法制造(zao)結(jie)構復雜的(de)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)零(ling)件，存在(zai)周期長、加工成本高、嚴(yan)重依賴模具(ju)等(deng)問題。相比較，增材制造(zao)技(ji)術(shu)(shu)在(zai)沒有模具(ju)的(de)情況下，可實(shi)現復雜陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)零(ling)件的(de)制備(bei)(bei)。其(qi)中，陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)光固(gu)化(hua)成形(xing)(xing)技(ji)術(shu)(shu)能夠制備(bei)(bei)高精(jing)度、復雜幾(ji)何形(xing)(xing)狀的(de)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)。相比氧化(hua)物(wu)(wu)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)，灰(hui)(hui)色氮(dan)(dan)化(hua)物(wu)(wu)和(he)碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)(wu)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)粉體與光敏樹脂折(zhe)射率(lv)差較大，導致了(le)固(gu)化(hua)深度的(de)顯(xian)著(zhu)降低，而其(qi)較強的(de)紫外(wai)光吸(xi)收(shou)則抑制了(le)樹脂的(de)光聚合(he)。與此(ci)同時，氮(dan)(dan)化(hua)物(wu)(wu)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)的(de)強共價鍵特性也(ye)使得其(qi)難以(yi)燒結(jie)致密(mi)化(hua)。因此(ci)，高紫外(wai)光吸(xi)收(shou)的(de)灰(hui)(hui)色或者(zhe)氮(dan)(dan)化(hua)物(wu)(wu)和(he)碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)(wu)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)的(de)光固(gu)化(hua)成形(xing)(xing)及致密(mi)化(hua)是目前陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)光固(gu)化(hua)成形(xing)(xing)的(de)技(ji)術(shu)(shu)難點。

近期，來自萍鄉學院劉耀小組在制備出光固化Si3N4陶瓷漿料的基礎上，通過聚合動力學研究，討論成形工藝參數對坯體成形精度的影響；采用分段脫脂工藝，系統地分析不同階段的熱脫脂工藝對坯體缺陷的影響。該項研究成果所有實驗均在金石三維陶瓷3D打印機K-D-2上完成，并成功入選最新一期《AMF》期刊。

▲  圖(tu)1 45 vol.%Si3N4漿料光固化(hua)坯體形貌圖(tu)：(a)尺寸圖(tu)；(b)單層切(qie)片圖(tu)

圖1為(wei)使用體(ti)積分(fen)數45 vol.% 制備(bei)的(de)(de)漿料在不同的(de)(de)曝(pu)光時(shi)間(jian)(jian)下在X、 Y、Z 軸(zhou)方向的(de)(de)收縮量(liang)。如圖所(suo)示(shi)，當(dang)曝(pu)光時(shi)間(jian)(jian)是10 s 時(shi)，三個方向上的(de)(de)收量(liang)最小。圖2是不同曝(pu)光時(shi)間(jian)(jian)下的(de)(de)X、Y軸(zhou)方向的(de)(de)尺寸(cun)精度(du)。由圖可得(de)，不同曝(pu)光時(shi)間(jian)(jian)下的(de)(de)尺寸(cun)精度(du)符(fu)合正態分(fen)布。當(dang)曝(pu)光時(shi)間(jian)(jian)是10 s時(shi)，坯體(ti)尺寸(cun)誤差在0.02mm范圍內，精度(du)等級達到IT 7級。

▲ 圖2 45 vol.%Si3N4漿料在不同(tong)曝光時間下的單(dan)層形貌(mao)：(a) 5 s；(b) 10 s；(c) 15 s；(d) 20 s

▲ 圖3 45vol.% Si3N4漿料在不同曝光時間下坯(pi)體的側面形(xing)貌圖：(a) 5 s；(b) 10 s；(c) 15 s；(d) 20 s

▲ 圖(tu)4 光(guang)固化陶瓷實物圖(tu)