阅读说明：本技术 多孔陶瓷3d打印机及多孔陶瓷成形方法 (Porous ceramic 3D printer and porous ceramic forming method ) 是由 李艳洁 汪云燕 寇英涛 胡昕平 *** 张琦 于 2019-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开多孔陶瓷的3D打印机及成形方法,包括一个框形的机架,框架内设有升降平台,两侧设有丝杠螺母传动结构的升降机构,机架前后端设有滚筒,前端滚筒沉于粘接剂盒内,机架顶端设有激光发生器、控制器,机架顶部还设有能在任意位置进行切割的激光切割机构。前后方向和左右均设置有同步伺服电机和同步带等,保证激光头的前后左右方向的精确运动和定位,精确进行切割。第一反光镜盒和第二反光镜采用两次45度折射方式,将水平的激光器发射的激光折射入激光头内,使运动的激光头与固定的激光器始终成空间垂直。余料回收结构采用同步伺服电机与余料回收杆连接,保证进料的准确和连续,能够方便快捷地通过改技术制得形状复杂的多孔陶瓷。(The invention discloses a porous ceramic 3D printer and a forming method thereof, which comprises a frame, wherein a lifting platform is arranged in the frame, lifting mechanisms of a screw rod and nut transmission structure are arranged on two sides of the frame, rollers are arranged at the front end and the rear end of the frame, the roller at the front end is sunk in an adhesive box, a laser generator and a controller are arranged at the top end of the frame, and a laser cutting mechanism capable of cutting at any position is also arranged at the top of the frame. The front and back direction and the left and right sides are provided with synchronous servo motors, synchronous belts and the like, so that accurate movement and positioning of the laser head in the front, back, left and right directions are guaranteed, and cutting is accurately performed. The first reflector box and the second reflector adopt a 45-degree refraction mode twice, and laser emitted by the horizontal laser is refracted into the laser head, so that the moving laser head and the fixed laser are vertical in space all the time. The excess material recovery structure adopts a synchronous servo motor to be connected with the excess material recovery rod, so that the accuracy and continuity of feeding are ensured, and the porous ceramic with a complex shape can be conveniently and quickly prepared by changing the technology.)

多孔陶瓷3D打印机及多孔陶瓷成形方法

技术领域

本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种用于制造多孔陶瓷的3D打印机及成形方法。

背景技术

多孔陶瓷的制备方法有很多，传统方法中包括气体发泡法(物理发泡法和化学发泡法)，粒子沥滤法，造孔剂法，泡沫浸渍法，相分离法等。这些方法虽然都能制造出孔隙率较高、分布均匀的多孔陶瓷，但是受加工条件的影响，工艺上要先制造出模具，产品周期长，无法快速制造出所需要的产品，而且传统方法制造出来的多孔陶瓷孔的大小、形状以及通孔率都没办法保证。虽然材料内部的孔径大小可以由致孔粒子的尺寸来调节，但也存在许多局限性，比如材料内部的孔不连通；材料内部致孔粒子的残留；材料的尺寸受限等。传统多孔陶瓷的加工方法已不能满足现在的工业需求。

多孔陶瓷具有良好的物理特性、化学特性、电特性，而且其高孔隙率和大表面积在保温隔热、过滤及催化等方面具有显著效果，因此在军械、航空航天、半导体和生物功能材料等多个领域广泛应用。

3D打印机,专业领域又称快速原型机,是数字化增材技术经过几十年发展后的逐走向民用市场的技术成果。其推广不仅意味着科技的进步,更为工业制造概念增添了新内涵,有着广阔的发展前景。3D打印机用不同的材料打印立体模型,3D打印机的成形料很多,根据成形原料的不同其成形原也不同；陶瓷作为其中的一种。

发明内容

本发明的目的是多孔陶瓷3D打印机及多孔陶瓷成形方法，能够方便快捷地通过3D打印技术制得多孔陶瓷，形成的多孔陶瓷材料形状可靠，可实现高难度和复杂度的零件的成形。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：多孔陶瓷3D打印机，包括一个框形的机架，所述机架框架内设有升降平台，所述升降平台左右两侧各设有1 个丝杆轴套和2个滑杆轴套，所述丝杠轴套内套装有竖立的丝杆，所述丝杆上下两端固定在机架上，所述滑杆轴套内套装有竖立的滑杆，所述滑杆上下两端固定在机架上，所述丝杆下端连接设有升降电机，所述机架前端中部设有一对左右水平对滚的前部海绵传动滚筒，所述前部海绵传动滚筒下方设有粘接剂盒，所述机架顶端左后方设有激光发生器、控制器，所述机架顶部前后端设有2个左右水平的左右横杆，所述左右横杆套装有前顶滑套、后顶滑套，所述前顶滑套后侧设有前后同步电机、所述后顶滑套上设有前后旋转带轮，所述左右横杆左端设有2 个左右同步电机，所述左右横杆右端设有2个左右旋转带轮，所述左右同步电机套装有2个左右同步带，所述左右同步带另一端套装在左右旋转带轮上，中间夹持于前顶滑套、后顶滑套上，所述后顶滑套上设有第一反光镜，所述第一反光镜后方设有调节螺母，所述机架顶部设有1个激光头组件，所述激光头组件包括1 个主体架，所述主体架内套装有前后水平的前后滑杆，所述前后滑杆两端固定在前顶滑套、后顶滑套上，所述主体架固定夹持有前后同步带，所述前后同步带前端套装在前后同步电机上，后端固定在前后旋转带轮上，所述主体架左侧设有1 个朝下的激光头，所述激光头上部设有朝向后方的第二反光镜，所述升降电机、所述前后同步电机、左右同步电机、激光头组件电性连接到控制器。

进一步地，所述升降平台为方框形，所述升降平台上方设有长方形的工作平台，所述工作平台和升降平台之间采用套在螺栓上的弹簧减震的柔性连接方式，且通过调节套在螺栓上的螺母的位置可以对工作平台工作平台的四个方位进行微调。

进一步地，所述激光器激光出口与第一反光镜和第二反光镜在同一水平面上，所述第一反光镜平面竖直放置且与激光器发射出来的激光出口的方向成 45°夹角，所述第二反光镜与水平平面成45°夹角且夹角朝向第一反光镜，使运动的激光头与固定的激光器始终成空间垂直。

进一步地，所述机架主体采用方钢型材，连接处设有强度加强片。

进一步地，所述一对前部海绵传动滚筒的下方一只的一半沉浸于粘接剂盒内。

进一步地，所述机架前端中部向机架前方设有供料卷轴架，所述供料卷轴架上设有供料卷轴，所述机架后端中部设有一对左右水平对滚的后部海绵传动滚筒，所述机架后端中部向机架后方设有余料卷轴架，所述余料卷轴架上设有余料卷轴，所述余料卷轴连接设有余料电机，所述余料电机电性连接到控制器，

进一步地，所述工作平台为亚克力板材质。

进一步地，所述粘接剂盒内装有粘接剂。

进一步地，所述激光头组件和第一反光镜、激光发生器上方设有防护罩，后部海绵滚筒前部设有纸滚筒，前部海绵滚筒后方设有刮板。

本发明多孔陶瓷的成形方法，其包括以下步骤：

a、先在工作平台铺设一层多空筛网状的底材，以防下一步的带有粘接剂的铺设卷材与工作平台粘结，控制器使工作平台上升至预设的工位，在纸滚筒(35) 放置卷纸，将后部海绵滚筒的纸滚筒上放置卷纸，

b、将陶瓷卷材放置于供料卷轴架的供料卷轴中，陶瓷卷材穿过前方的水平对滚，所述一对前部海绵传动滚筒的下方一只的一半沉浸于粘接剂盒内并粘附上粘接剂；一对前部海绵传动滚筒在对滚的同时，给陶瓷卷材进行涂胶作业，粘接剂涂敷在铺设卷材的下表面，以便与下层片材粘接，

c、继续牵引铺设卷材前进，并与纸滚筒的卷纸放置于陶瓷卷材的下方，由粘接剂使得陶瓷卷材与卷纸粘连在一起，陶瓷卷材经机架后端中部设有的一对左右水平对滚的后部海绵传动滚筒，缠绕于余料卷轴架上设有余料卷轴上，由余料电机根据控制器控制运行，陶瓷卷材与卷纸粘连后，可以防止粘接剂粘结于后部海绵传动滚筒上，

d、上述准备工作完成后，底材放置于设定区域，控制器控制工作平台(19) 带动其上铺设的一层底材上移至涂有粘接剂的陶瓷卷材下方，两者相粘结，使得底材的外框不要突出成形后的多孔陶瓷的外框，且工作平台与激光器保持工作距离，然后开始作业；

激光器激光出口经第一反光镜和第二反光镜，形成垂直于工作平台的激光束，陶瓷卷材在由激光器按照计算机设计的路径进行熔融，首先按照多孔陶瓷的内部进行熔融，形成多空的结构，最后对多孔陶瓷的***进行熔融，使得按照计算机设计的多孔陶瓷层与陶瓷卷材分离，

e、激光切割完一层陶瓷卷材后，控制器控制余料电机前进一个多于一个多孔陶瓷在陶瓷卷材前进方向的尺寸，升降平台下降一个单位片材厚度距离，余料电机带动陶瓷卷材到预设工位，重复进行d步骤的作业，按照计算机设计的路径重复进行，直到堆积形成设计的多孔陶瓷，

f、多孔陶瓷加工完毕后，在供料卷轴上放置卷纸，卷纸与陶瓷卷材粘连并长距离穿越前部海绵传动滚筒，防止粘接剂粘结于前部海绵传动滚筒的上滚；并可利用前部海绵滚筒后方设有的刮板对前部海绵传动滚筒的粘胶进行刮除。

本发明的显著优点：

1、前后方向设置有同步伺服电机和同步带等，保证激光头前后方向的精确运动和定位。

2、左右方向设有同步伺服电机和同步带等，保证滑杆座即激光头的左右方向的精确运动和定位。

3、第一反光镜盒和第二反光镜都固定在中间的移动的横杆上、采用两次 45度折射方式，将水平的激光器发射的激光折射入激光头内，使运动的激光头与固定的激光器始终成空间垂直。

4、升降机构采用可靠的丝杠螺母传动结构，采用两根对称的滑杆用以保持左右平衡，采用伺服电机实现准确的升降位置。

5、一对前部海绵传动滚筒在对滚的同时，沉入盛有粘接剂的粘接剂盒的下方一只滚筒由于翻滚，其表面层吸收上了粘接剂，并在与上侧的滚筒及中间卷料三者挤压作用将粘接剂涂敷在正在铺设卷材的下表面，使新铺设的陶瓷卷材能够在粘接剂的作用下与下层片材粘接。

6、余料回收结构采用同步伺服电机与余料回收杆连接，保证进料的准确和连续。

7、利用本发明及方法，成形的多孔陶瓷材料形状可靠，可实现高难度和复杂度的零件的成形。

附图说明

图1：本发明的外观结构图；

图2：本发明的外观结构图A处的放大结构图；

图3：本发明的外观结构图B处的放大结构图；

图4：本发明的剖视图结构图；

图5：本发明的剖视图结构图C处的放大结构图。

图中：1、机架；1a、强度加强片；5、第一反光镜；6、第二反光镜；7、左右同步带；8、前后同步带；9、余料卷轴架；9a、余料卷轴；9b、余料电机；10、前部海绵传动滚筒；11、升降平台；12、粘接剂盒；12、粘接剂盒内；13、供料卷轴架；13a、供料卷轴；14、激光发生器；16、丝杆；17、丝杆轴套；18、滑杆；19、工作平台；20、滑杆轴套；21、激光头组件；21a、主体架；21b、激光头；22、前后旋转带轮；23、左右横杆；24、前顶滑套；24a、前后同步电机； 25、前后滑杆；26、左右同步电机；27、后顶滑套；28、后部海绵传动滚筒；29 左右旋转带轮；30、升降电机；31、控制器；32、弹簧；33、调节螺母；34 螺母；35、纸滚筒；36、刮板。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

结合图1、图2、图3、图4、图5，多孔陶瓷3D打印机，包括一个框形的机架1，其特征在于，所述机架1框架内设有升降平台11，所述升降平台11左右两侧各设有1个丝杆轴套17和2个滑杆轴套20，所述丝杠轴套17内套装有竖立的丝杆16，所述丝杆16上下两端固定在机架1上，所述滑杆轴套20内套装有竖立的滑杆18，所述滑杆18上下两端固定在机架1上，所述丝杆16下端连接设有升降电机30，所述机架1前端中部设有一对左右水平对滚的前部海绵传动滚筒10，所述前部海绵传动滚筒10下方设有粘接剂盒12，所述机架1顶端左后方设有激光发生器14、控制器31，所述机架1顶部前后端设有2个左右水平的左右横杆23，所述左右横杆23套装有前顶滑套24、后顶滑套27，所述前顶滑套24后侧设有前后同步电机24a、所述后顶滑套27上设有前后旋转带轮22，所述左右横杆23左端设有2个左右同步电机26，所述左右横杆23右端设有2 个左右旋转带轮29，所述左右同步电机26套装有2个左右同步带7，所述左右同步带7另一端套装在左右旋转带轮29上，中间夹持于前顶滑套24、后顶滑套 27上，所述后顶滑套27上设有第一反光镜5，所述第一反光镜5后方设有调节螺母33，所述机架1顶部设有1个激光头组件21，所述激光头组件21包括1 个主体架21a，所述主体架21a内套装有前后水平的前后滑杆25，所述前后滑杆 25两端固定在前顶滑套24、后顶滑套27上，所述主体架21a固定夹持有前后同步带8，所述前后同步带8前端套装在前后同步电机24a上，后端固定在前后旋转带轮22上，所述主体架21a左侧设有1个朝下的激光头21b，所述激光头21b 上部设有朝向后方的第二反光镜6，所述升降电机30、所述前后同步电机24a、左右同步电机26、激光头组件21电性连接到控制器31。

进一步地，所述升降平台11为方框形，所述升降平台11上方设有长方形的工作平台19，所述工作平台19和升降平台11之间采用套在螺栓上的弹簧32减震的柔性连接方式，且通过调节套在螺栓上的螺母34的位置可以对工作平台工作平台19的四个方位进行微调。

进一步地，所述激光器14激光出口与第一反光镜5和第二反光镜6在同一水平面上，所述第一反光镜5平面竖直放置且与激光器14发射出来的激光出口的方向成45°夹角，所述第二反光镜6与水平平面成45°夹角且夹角朝向第一反光镜5，使运动的激光头21b与固定的激光器14始终成空间垂直。

进一步地，所述机架1主体采用方钢型材，连接处设有强度加强片1a。

进一步地，所述一对前部海绵传动滚筒10的下方一只的一半沉浸于粘接剂盒12内，所述粘接剂盒12内装有粘接剂；一对前部海绵传动滚筒10在对滚的同时，沉入盛有粘接剂的粘接剂盒12的下方一只滚筒由于翻滚，其表面层吸收上了粘接剂，并在与上侧的滚筒及中间卷料三者挤压作用将粘接剂涂敷在正在铺设卷材的下表面，使新铺设的陶瓷卷材能够在粘接剂的作用下与下层片材粘接。

进一步地，所述机架1前端中部向机架1前方设有供料卷轴架13，所述供料卷轴架13上设有供料卷轴13a，所述机架1后端中部设有一对左右水平对滚的后部海绵传动滚筒28，所述机架1后端中部向机架1后方设有余料卷轴架9，所述余料卷轴架9上设有余料卷轴9a，所述余料卷轴9a连接设有余料电机9b，所述余料电机9b电性连接到控制器31；激光切割完后，升降平台下降一个单位片材厚度距离，余料卷轴通过电机带动转动回收切割完后的余料并往升降平台上铺设新的片材。

进一步地，所述工作平台19为亚克力板材质；质量轻。

进一步地，所述激光头组件21和第一反光镜5、激光发生器14上方设有防护罩；避免意外发生；后部海绵滚筒前部设有纸滚筒35，可送出纸卷到陶瓷卷材的下底面，保护后部海绵滚筒28，前部海绵滚筒后方设有刮板36，可将多余粘接剂刮下。

基于上述创新设计的打印机，多孔陶瓷的成形方法包括如下步骤：

a、先在工作平台19铺设一层多空筛网状的底材，以防下一步的带有粘接剂的铺设卷材与工作平台19粘结，控制器31使工作平台19上升至预设的工位，在纸滚筒35放置卷纸，将后部海绵滚筒的纸滚筒35上放置卷纸，

b、将陶瓷卷材放置于供料卷轴架13的供料卷轴13a中，陶瓷卷材穿过前方的水平对滚，所述一对前部海绵传动滚筒10的下方一只的一半沉浸于粘接剂盒12内并粘附上粘接剂；一对前部海绵传动滚筒10在对滚的同时，给陶瓷卷材进行涂胶作业，粘接剂涂敷在铺设卷材的下表面，以便与下层片材粘接，

c、继续牵引铺设卷材前进，并与纸滚筒35的卷纸放置于陶瓷卷材的下方，由粘接剂使得陶瓷卷材与卷纸粘连在一起，陶瓷卷材经机架1后端中部设有的一对左右水平对滚的后部海绵传动滚筒28，缠绕于余料卷轴架9上设有余料卷轴 9a上，由余料电机9b根据控制器31控制运行，陶瓷卷材与卷纸粘连后，可以防止粘接剂粘结于后部海绵传动滚筒28上，

d、上述准备工作完成后，底材放置于设定区域，控制器31控制工作平台 19带动其上铺设的一层底材上移至涂有粘接剂的陶瓷卷材下方，两者相粘结，使得底材的外框不要突出成形后的多孔陶瓷的外框，且工作平台19与激光器14 保持工作距离，然后开始作业；

激光器14激光出口经第一反光镜5和第二反光镜6，形成垂直于工作平台1 的激光束，陶瓷卷材在由激光器14按照计算机设计的路径进行熔融，首先按照多孔陶瓷的内部进行熔融，形成多空的结构，最后对多孔陶瓷的***进行熔融，使得按照计算机设计的多孔陶瓷层与陶瓷卷材分离，

e、激光切割完一层陶瓷卷材后，控制器31控制余料电机9b前进一个多于一个多孔陶瓷在陶瓷卷材前进方向的尺寸，升降平台下降一个单位片材厚度距离，余料电机9b带动陶瓷卷材到预设工位，重复进行d步骤的作业，按照计算机设计的路径重复进行，直到堆积形成设计的多孔陶瓷，

f、多孔陶瓷加工完毕后，在供料卷轴13a上放置卷纸，卷纸与陶瓷卷材粘连并长距离穿越前部海绵传动滚筒10，防止粘接剂粘结于前部海绵传动滚筒10 的上滚；并可利用前部海绵滚筒后方设有的刮板36对前部海绵传动滚筒10的粘胶进行刮除。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。