一种陶瓷3d打印方法
阅读说明：本技术 一种陶瓷3d打印方法 (Ceramic 3D printing method ) 是由 杨敏 母冠雪 杨磊 杨朝辉 王慧君 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及陶瓷3D打印技术领域,特别涉及一种陶瓷3D打印方法,其中,所述陶瓷3D打印方法为将打印材料置于3D打印工作环境,在激光功率140mw～160mw、激光零件实体扫描速度1750mm/s-1950mm/s的条件下打印,按照预定的打印程序,完成打印标准层上的打印,激光轮廓扫描速度3500mm/s-3900mm/s。采用本发明提供的陶瓷3D打印方法获得的产品激光固化性能好、尺寸精度高、陶瓷密度、硬度、孔隙率符合要求；同时,其采用的组分常见、制作方便、材料性能稳定好、抗高温性能优、长时间放置不开裂、性价比高、易推广,具有广泛的市场应用前景。(The invention relates to the technical field of ceramic 3D printing, in particular to a ceramic 3D printing method, wherein the ceramic 3D printing method comprises the steps of placing a printing material in a 3D printing working environment, printing under the conditions that the laser power is 140-160 mw and the laser part entity scanning speed is 1750mm/s-1950mm/s, completing printing on a printing standard layer according to a preset printing program, and the laser contour scanning speed is 3500mm/s-3900 mm/s. The product obtained by the ceramic 3D printing method provided by the invention has good laser curing performance, high dimensional precision and ceramic density, hardness and porosity meeting the requirements; meanwhile, the adopted components are common, the preparation is convenient, the material performance is stable and good, the high-temperature resistance is excellent, the cracking does not occur after the material is placed for a long time, the cost performance is high, the popularization is easy, and the market application prospect is wide.)
技术领域
本发明涉及陶瓷3D打印技术领域，特别涉及一种陶瓷3D打印方法。
背景技术
3D打印技术又称增材制造技术，是一种与传统的机械加工方法截然相反，基于三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的方式，直接制造与相应数学模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。
3D打印技术不断拓展新的技术路线和实现方法，较成熟的技术主要有：光固化(SLA)成形、熔融沉积制造(FD)成形、选择性激光烧结(SLS)成形、选区激光熔化(SLM)成形和黏结剂喷射式(3DP)成形。
材料的3D打印技术是我国“2025中国制造”的一个重点发展领域，相对于金属材料、高分子材料的3D打印技术的快速发展，脆性的陶瓷材料的3D打印技术还远处于初期，陶瓷材料的3D打印技术无疑是一个难点。材料需要解决陶瓷比低、流动性和稳定性不协调、放置易沉降等。目前国内在陶瓷膏料上的研究较少，主要靠进口。
申请号为202010260768.8的《一种光固化3D打印方法及打印系统》公开了一种光固化3D打印方法及打印系统，包括如下步骤：制备3D打印原料，并将熔融状态的3D打印原料输送至3D打印头；建立待3D打印物体的三维模型；对待3D打印物体进行分层处理；根据待3D打印物体每层截面的轮廓信息确定激光器的扫描轨迹及相应的固化深度；根据固化深度确定激光频率，并依据激光频率得到激光扫描器的电脉冲扫描信号数据；打印头喷出3D打印原料进行3D打印操作；调整各光源模块的照射范围，并通过照射使打印层固化；当每层打印完成后，控制打印工作台下降一个打印层的距离，实现逐层光固化3D打印操作；
但是，3D打印参数与陶瓷材料设计及匹配，才能够使陶瓷打印产品的性能更满足实际使用要求。
发明内容
为解决上述背景技术中提及的3D打印参数导致的产品性能不适应实际使用要求的问题，本发明提供一种陶瓷3D打印方法，将打印材料置于3D打印工作环境，在激光功率140mw～160mw、激光零件实体扫描速度1750mm/s-1950mm/s的条件下打印，按照预定的打印程序，完成打印标准层上的打印。
在上述方案的基础上，进一步地，所述3D打印的条件还包括3500mm/s-3900mm/s的激光轮廓扫描速度。
在上述方案的基础上，进一步地，所述3D打印的条件还包括刮刀的移动速度为5mm/s-8mm/s。
在上述方案的基础上，进一步地，所述打印标准层的厚度为0.05mm。
在上述方案的基础上，进一步地，所述3D打印工作室包括打印平台，所述打印平台的尺寸为300mm*300mm。
在上述方案的基础上，进一步地，所述3D打印的条件还包括供料量为5900～6100mm3。
在上述方案的基础上，进一步地，所述打印材料包括以下质量份数的组分：
陶瓷粉 70-84份
光敏树脂 15-25份
矿化剂 1-5份；
其中，所述光敏树脂优选采用环氧丙烯酸脂、聚氨酯丙烯酸脂、聚酯丙烯酸脂等，亦或者采用常见的双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯等一种或几种组合而成。
在上述方案的基础上，进一步地，所述陶瓷粉由多种不同粒径的陶瓷粉组成。
在上述方案的基础上，进一步地，所述陶瓷粉分别包含5000-6000目、3000-3500目和1600-2000目的陶瓷粉。
在上述方案的基础上，进一步地，所述5000-6000目、3000-3500目和1600-2000目陶瓷粉添加的质量比为(30-38)：(20-32)：(10-24)。
本发明提供的一种陶瓷3D打印方法与现有的技术相比，具有以下的效果：激光固化性能好、尺寸精度高、陶瓷密度、硬度、孔隙率符合要求，同时选用的组分常见、制作方便、材料性能稳定好、抗高温性能优、长时间放置不开裂、性价比高、易推广。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明还提供如下所示实施例：
实施例1
按照陶瓷粉A30份，陶瓷粉B25份，陶瓷粉C15份，光敏树脂22份，矿化剂3份，在混料机中搅拌混合均匀，放置到3D打印工作环境；
其中，上述陶瓷粉末细度分别为：陶瓷粉A 5000目、陶瓷粉B 3000目、陶瓷粉C1600目。
利用计算机建立模型，设置打印标准层厚为0.05mm以及各层扫描路径；
其中，3D打印的工艺参数分别设置为：激光功率150mw、激光零件实体扫描速度1800mm/s、激光轮廓扫描速度3700mm/s、刮刀移动速度6mm/s、打印平台300mm*300mm，供料量6000mm3。
接着进行脱脂焙烧步骤及参数为：
氮气气氛下(1)升至200℃，升温速率为0.4℃/分钟，保温20分钟；(2)再由200℃-500℃，升温速率0.2℃/分钟，保温20分钟；(3)500℃-800℃，升温速率0.5℃/分钟，保温60分钟，在800℃时进行氮气-空气，气氛转换。10分钟内完成。
在空气气氛下(1)800-1000℃，升温速率2℃/分钟,保温90分钟；(2)1000-1280℃，升温速率2℃/分钟,保温90分钟；(3)1280℃-室温，降温速率1℃/分钟，自然降温。
实施例2
按照陶瓷粉A32份，陶瓷粉B28份，陶瓷粉C17份，光敏树脂20份，矿化剂3份，在混料机中搅拌混合均匀，放置到3D打印工作环境；
其中，上述陶瓷粉末细度分别为：陶瓷粉A 5000目、陶瓷粉B 3000目、陶瓷粉C1600目。
利用计算机建立模型，设置打印标准层厚为0.05mm以及各层扫描路径；
其中，3D打印的工艺参数分别设置为：激光功率150mw、激光零件实体扫描速度1800mm/s、激光轮廓扫描速度3700mm/s、刮刀移动速度6mm/s、打印平台300mm*300mm，供料量6000mm3。
接着进行脱脂焙烧步骤及参数为：
氮气气氛下(1)升至200℃，升温速率为0.4℃/分钟，保温30分钟；(2)再由200℃-500℃，升温速率0.2℃/分钟，保温30分钟；(3)500℃-800℃，升温速率0.5℃/分钟，保温70分钟，在800℃时进行氮气-空气，气氛转换。10分钟内完成。
在空气气氛下(1)800-1000℃，升温速率2℃/分钟,保温105分钟；(2)1000-1280℃，升温速率2℃/分钟,保温105分钟；(3)1280℃-室温，降温速率1℃/分钟，自然降温。
实施例3
按照陶瓷粉A32份，陶瓷粉B30份，陶瓷粉C18份，光敏树脂16份，矿化剂4份，在混料机中搅拌混合均匀，放置到3D打印工作环境；
其中，上述陶瓷粉末细度分别为：陶瓷粉A 5000目、陶瓷粉B 3000目、陶瓷粉C1600目。
利用计算机建立模型，设置打印标准层厚为0.05mm以及各层扫描路径；
其中，3D打印的工艺参数分别设置为：激光功率150mw、激光零件实体扫描速度1800mm/s、激光轮廓扫描速度3700mm/s、刮刀移动速度6mm/s、打印平台300mm*300mm，供料量6000mm3。
接着进行脱脂焙烧步骤及参数为：
氮气气氛下(1)升至200℃，升温速率为0.4℃/分钟，保温40分钟；(2)再由200℃-500℃，升温速率0.2℃/分钟，保温40分钟；(3)500℃-800℃，升温速率0.5℃/分钟，保温90分钟，在800℃时进行氮气-空气，气氛转换。10分钟内完成。
在空气气氛下(1)800-1000℃，升温速率2℃/分钟,保温120分钟；(2)1000-1280℃，升温速率2℃/分钟,保温120分钟；(3)1280℃-室温，降温速率1℃/分钟，自然降温。
对比例1
按照陶瓷粉77份，光敏树脂20份，矿化剂3份，在混料机中搅拌混合均匀，放置到3D打印工作环境；
其中，上述陶瓷粉末细度为：5000目。
利用计算机建立模型，设置打印标准层厚为0.05mm以及各层扫描路径；
其中，3D打印的工艺参数分别设置为：激光功率150mw、激光零件实体扫描速度1800mm/s、激光轮廓扫描速度3700mm/s、刮刀移动速度6mm/s、打印平台300mm*300mm，供料量6000mm3。
接着进行脱脂焙烧步骤及参数为：
氮气气氛下(1)升至200℃，升温速率为0.4℃/分钟，保温40分钟；(2)再由200℃-500℃，升温速率0.2℃/分钟，保温40分钟；(3)500℃-800℃，升温速率0.5℃/分钟，保温90分钟，在800℃时进行氮气-空气，气氛转换。10分钟内完成。
在空气气氛下(1)800-1000℃，升温速率2℃/分钟,保温120分钟；(2)1000-1280℃，升温速率2℃/分钟,保温120分钟；(3)1280℃-室温，降温速率1℃/分钟，自然降温。
对比例2
按照陶瓷粉A32份，陶瓷粉B28份，陶瓷粉C17份，光敏树脂20份，矿化剂3份，在混料机中搅拌混合均匀，放置到3D打印工作环境；
其中，上述陶瓷粉末细度分别为：陶瓷粉A 5000目、陶瓷粉B 3000目、陶瓷粉C1600目。
利用计算机建立模型，设置打印标准层厚为0.05mm以及各层扫描路径；
其中，3D打印的工艺参数分别设置为：激光功率120mw、激光零件实体扫描速度1800mm/s、激光轮廓扫描速度3700mm/s、刮刀移动速度6mm/s、打印平台300mm*300mm，供料量6000mm3。
接着进行脱脂焙烧步骤及参数为：
氮气气氛下(1)升至200℃，升温速率为0.4℃/分钟，保温30分钟；(2)再由200℃-500℃，升温速率0.2℃/分钟，保温30分钟；(3)500℃-800℃，升温速率0.5℃/分钟，保温70分钟，在800℃时进行氮气-空气，气氛转换。10分钟内完成。
在空气气氛下(1)800-1000℃，升温速率2℃/分钟,保温105分钟；(2)1000-1280℃，升温速率2℃/分钟,保温105分钟；(3)1280℃-室温，降温速率1℃/分钟，自然降温。
对比例3
按照陶瓷粉A32份，陶瓷粉B28份，陶瓷粉C17份，光敏树脂20份，矿化剂3份，在混料机中搅拌混合均匀，放置到3D打印工作环境；
其中，上述陶瓷粉末细度分别为：陶瓷粉A 5000目、陶瓷粉B 3000目、陶瓷粉C1600目。
利用计算机建立模型，设置打印标准层厚为0.05mm以及各层扫描路径；
其中，3D打印的工艺参数分别设置为：激光功率170mw、激光零件实体扫描速度1800mm/s、激光轮廓扫描速度3700mm/s、刮刀移动速度6mm/s、打印平台300mm*300mm，供料量6000mm3。
接着进行脱脂焙烧步骤及参数为：
氮气气氛下(1)升至200℃，升温速率为0.4℃/分钟，保温30分钟；(2)再由200℃-500℃，升温速率0.2℃/分钟，保温30分钟；(3)500℃-800℃，升温速率0.5℃/分钟，保温70分钟，在800℃时进行氮气-空气，气氛转换。10分钟内完成。
在空气气氛下(1)800-1000℃，升温速率2℃/分钟,保温105分钟；(2)1000-1280℃，升温速率2℃/分钟,保温105分钟；(3)1280℃-室温，降温速率1℃/分钟，自然降温。
对比例4
按照陶瓷粉A32份，陶瓷粉B28份，陶瓷粉C17份，光敏树脂20份，矿化剂3份，在混料机中搅拌混合均匀，放置到3D打印工作环境；
其中，上述陶瓷粉末细度分别为：陶瓷粉A 5000目、陶瓷粉B 3000目、陶瓷粉C1600目。
利用计算机建立模型，设置打印标准层厚为0.05mm以及各层扫描路径；
其中，3D打印的工艺参数分别设置为：激光功率150mw、激光零件实体扫描速度1550mm/s、激光轮廓扫描速度3700mm/s、刮刀移动速度6mm/s、打印平台300mm*300mm，供料量6000mm3。
接着进行脱脂焙烧步骤及参数为：
氮气气氛下(1)升至200℃，升温速率为0.4℃/分钟，保温30分钟；(2)再由200℃-500℃，升温速率0.2℃/分钟，保温30分钟；(3)500℃-800℃，升温速率0.5℃/分钟，保温70分钟，在800℃时进行氮气-空气，气氛转换。10分钟内完成。
在空气气氛下(1)800-1000℃，升温速率2℃/分钟,保温105分钟；(2)1000-1280℃，升温速率2℃/分钟,保温105分钟；(3)1280℃-室温，降温速率1℃/分钟，自然降温。
对比例5
按照陶瓷粉A32份，陶瓷粉B28份，陶瓷粉C17份，光敏树脂20份，矿化剂3份，在混料机中搅拌混合均匀，放置到3D打印工作环境；
其中，上述陶瓷粉末细度分别为：陶瓷粉A 5000目、陶瓷粉B 3000目、陶瓷粉C1600目。
利用计算机建立模型，设置打印标准层厚为0.05mm以及各层扫描路径；
其中，3D打印的工艺参数分别设置为：激光功率150mw、激光零件实体扫描速度2050mm/s、激光轮廓扫描速度3700mm/s、刮刀移动速度6mm/s、打印平台300mm*300mm，供料量6000mm3。
接着进行脱脂焙烧步骤及参数为：
氮气气氛下(1)升至200℃，升温速率为0.4℃/分钟，保温30分钟；(2)再由200℃-500℃，升温速率0.2℃/分钟，保温30分钟；(3)500℃-800℃，升温速率0.5℃/分钟，保温70分钟，在800℃时进行氮气-空气，气氛转换。10分钟内完成。
在空气气氛下(1)800-1000℃，升温速率2℃/分钟,保温105分钟；(2)1000-1280℃，升温速率2℃/分钟,保温105分钟；(3)1280℃-室温，降温速率1℃/分钟，自然降温。
需要说明的是，对比例1-5以实施例2为参照基础分别对打印材料组分、激光功率以及激光零件实体扫描速度进行调节比对，同时采用的3D打印设备型号为CERAMAKER900；当然，前述实施例中的具体参数、试剂以及打印设备，为本发明构思下的具体实施例或优选实施例，而非对其限制；本领域技术人员在本发明构思及保护范围内，可以进行适应性调整。
上述实施例和对比例中，将氧化铝陶瓷打印材料经过不同的打印参数下通过相同的脱脂、焙烧工艺从而获得的产品进行性能测试，相关测试标准及测试结果如下表所示：
表1主要技术指标表
表2实施例测试数据
测试项目
实施例1
实施例2
实施例3
抗弯强度，MPa
29.5
30.1
31.2
高温强度，MPa
10.6
10.9
11.0
开孔隙率，％
41.2
41.1
41.1
体密度，g/cm<sup>3</sup>
3.1
3.2
3.2
表3对比例测试数据
通过上表可以看出，本发明提供的一种陶瓷3D打印方法获得的产品通过配合合适的激光功率、激光零件实体扫描速度、刮刀移动速度等参数，从而得到符合市场陶瓷3D打印要求的产品；
同时，通过实施例2与对比例1可以看出，采用不同粉末细度的陶瓷粉在同样的参数下，获得的产品性能也较单独一种粉末细度陶瓷粉所获得产品更好。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。