【摘 要】
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氧化铝陶瓷凭借着力学性能好、耐磨性高、高温稳定性和抗腐蚀能力等优异的性能在工业上得到了广泛的应用。其传统成型方式存在着成型周期长、操作复杂、制备成本高等问题。相比于传统成型工艺,基于微滴喷射粘结技术的三维打印成型(3DP)工艺,具有设计灵活、易操作、成型精度高等优点,为氧化铝陶瓷成型提供了全新的思路。然而,氧化铝陶瓷3DP工艺尚不成熟,成型设备和成型工艺均需深入研究。本课题在原有3DP工艺成型设备
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氧化铝陶瓷凭借着力学性能好、耐磨性高、高温稳定性和抗腐蚀能力等优异的性能在工业上得到了广泛的应用。其传统成型方式存在着成型周期长、操作复杂、制备成本高等问题。相比于传统成型工艺,基于微滴喷射粘结技术的三维打印成型(3DP)工艺,具有设计灵活、易操作、成型精度高等优点,为氧化铝陶瓷成型提供了全新的思路。然而,氧化铝陶瓷3DP工艺尚不成熟,成型设备和成型工艺均需深入研究。本课题在原有3DP工艺成型设备基础上,设计了全新的负压式主动供墨系统,详细分析了具有模块化设计、高集成度、易维护特征的打印控制软件系统,实现了氧化铝陶瓷粘结成型工艺,探索了3DP制件烧结工艺和烧结助剂对烧结性能的影响规律。本课题的研究内容及取得的成果如下:(1)研发采用负压式供墨新型的3DP设备。分析了3DP设备的结构组成和工作原理,在第一代3DP设备的基础上进行了大量的改进和创新,重新设计并开发出具有完全自主知识产权的新一代3DP设备,使用负压式主动供墨系统,可调节墨量大小,实现了长时间持续打印。(2)详细分析3DP打印控制软件系统。该打印控制软件系统将控制、切片、加工等功能集成一体。采用模块化的设计方式在提高代码复用性的同时便于多人协同开发,而且多种功能集成设计降低了数据在转换过程中丢失的风险。(3)完成了3DP成型设备测试,成功实现了氧化铝陶瓷的3DP成形工艺。通过调节横向和纵向的电子齿轮比反复校准打印精度,提升打印质量;通过优化运行速度最大程度地提高打印效率;通过对铺粉辊、喷头和打印区域的调整节约打印材料、保证打印精度并保护打印喷头。在此基础上,实现氧化铝陶瓷的三维打印。(4)研究了3DP氧化铝陶瓷制件烧结工艺和烧结助剂对烧结性能的影响规律。实验采用在500℃下保温120min脱脂,1600℃下保温120min的常压烧结工艺,通过改变成型材料中重要的烧结助剂成分和配比,对比不同实验条件下所得制件的收缩率及致密度并分析微观形貌,以分析烧结助剂在成形工艺中的作用机理。实验结果表明当使用三元复合烧结助剂的含量为10%-15%时,氧化铝陶瓷三维粘结成形制件的质量最佳。
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