陶瓷零件快速成型机的设计及材料成型工艺研究

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1、陶瓷零件快速成型机的设计及材料成型工艺研究摘要陶瓷零件快速成型技术的迅速发展对于缩短陶瓷零件的开发和制造周期、降低生产成本以及开发特种异型陶瓷制品并进行性能评价具有重要意义。目前，可用于制备陶瓷零件的快速成型工艺主要有立体光刻成型(SLA)、分层实体制造(LOM)、熔融堆积成型(FDM)、选域激光烧结(SLS)和三维印刷(3DP)等，可用于制造陶瓷零件的快速成型机主要有：叠层成型机、光敏固化成型机、激光烧结成型机、熔融沉积成型机和喷墨打印成型机等。上述这些设备中，激光设备造价偏高，喷墨打印和熔融沉积设备对陶瓷材料的流动性要求较高，不易控制。因此，目前研究的趋势之

2、一便是开发一种专用于陶瓷零件快速成型的工艺及设备。本论文在LOM和FDM的基础上，提出了一种利用蜡浆为造型材料，石蜡为支撑材料，将陶瓷浆料逐层叠加，再经过排蜡和烧成处理，从而获得陶瓷零件的层合速凝快速制造技术。设计了一套基于石蜡速凝特性的层合快速成型系统，包括机械设备子系统的设计及PLC控制系统的设计开发。并研究和讨论了陶瓷材料的层合速凝快速成型工艺。介绍了层合速凝快速成型系统的结构设计，其主要组成部分为：(1)刻料系统，采用啄木鸟DX4525型雕刻机的原理和机构；·(2)铺料系统，包括竖直和水平两部分，铺料平台的升降由步进电机带动滚珠丝杠导轨机构实现，料仓的水

3、平运动采用步进电机带动丝杠导轨机构实现。其中，料仓分为两部分，分别盛放石蜡和陶瓷浆料，料仓中装有搅拌辊，使浆料在铺料过程中被搅拌均匀，不发生沉淀。料斗外壳装有加热板，使石蜡被加热处于熔融状态，料斗侧面装有刮板，与料斗同处于被加热状态，使其在刮平过程中不粘连浆料或石蜡。工作时，先在铺料台上铺一层石蜡，用刻刀将所需要的形状镂空，再铺一层陶瓷浆料，用刮板将多余的浆料刮走，镂空部分被陶瓷浆料填充。重复上述步骤，逐层叠加，形成实体。成型系统中铺料平台的可拆卸性使成型机同时具备去除材料和添加材料两种加工功能，可以满足不同的加工要求。其特有的搅拌装置和加热装置使该设备专用于陶

4、瓷零件的快速成型，与现有的大部分陶瓷零件快速成型设备相比，具有更强的针对性。用PLC对铺料系统的工艺过程按照控制要求编制程序，对步进电机及驱动器进行了选取。经调试，控制系统符合工艺要求，程序合理可行。根据快速原型制造技术的原理制备了石蜡薄层，并对其进行雕刻，而后进行陶瓷蜡浆的填充以及逐层累积的工序操作，手工制备出一些形状简单的原型试样，并对试样进行了排蜡和烧成处理，观察到试样在排蜡烧成后并未出现变形情况。另外对叠层和未叠层试样进行了机械性能测试和断面形貌的扫描，结果发现叠层材料和未叠层材料的强度相差不大，且叠层试样并未出现分层现象，验证了本技术成型陶瓷零件的可行

5、性。关键词：快速成型，层合速凝，陶瓷零件，结构设计，PLC控制系统，成型工艺ⅡDESIGNOFRAPIDPROTOTYPINGⅣIACHINEFORCERAMICPARTSANDSTUDYONTHERAPIDPROTOTYPINGPROCESSOFM噙TERIALSRapiddevelopmentofRapidPrototyping(RP)technologiesforceramicpanshasmadeitpossibletoshortentheexplorationandmanufacturingperiodofceramicparts，whichgreat

6、lyreducedtheproductioncost．Ontheotherhand，itisalsoessentialtothedevelopmentofthecomplexthreedimensionalceramicpartsandefficientestimationofpropertiesinashorttime．Presently,theRPtechnologieswhichcanbeusedtomanufactureceramicpartsincludeStereolithography(sLA)，LaminatedObjectManufacturi

7、ng(LOM)，FusedDepositionModeling(FDM)，SelectiveLaserSintering(SLS)，3-DimensionalPrinting(3DP)，ete，andRPmachinesthatcanbeusedforceramicpartsmainlyincludelaminationmachine，light—sensitivesolidificationmachine，lasersinteringmachine，fuseddepositionmodelingmachineandink-jetprinter(iJP)，etc

8、．AmongtheRPm