粉末及打印參數(shù)對(duì)陶瓷3DP打印成形質(zhì)量的影響

供稿人：崔曉涵,，王富 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室


在工業(yè)生產(chǎn)中,，對(duì)于鑄件鑄造質(zhì)量的要求越來(lái)越高,，對(duì)于性能與成形精度等指標(biāo)的要求也進(jìn)一步提高,。因此,，3DP砂型工藝以及許多陶瓷材料逐漸應(yīng)用于砂型鑄造中,。這些應(yīng)用不僅提高了鑄件的性能,，改善了鑄件的質(zhì)量及精度；同時(shí)還極大地提升了小批量砂型鑄造的生產(chǎn)效率,。而一些非傳統(tǒng)的砂型材料的引入也使砂型鑄造擁有了更廣闊的適用范圍——從簡(jiǎn)單的鐵,，鋼澆鑄到一些較為活潑金屬的澆鑄，如鋁,，鎂合金的澆鑄,。

最近來(lái)自于比利時(shí)陶瓷研究中心的陳子榮團(tuán)隊(duì)對(duì)于使用3DP工藝，以陶瓷粉末為基材,，系統(tǒng)全面地研究了3DP工藝中各種參數(shù)對(duì)于陶瓷粉末成型的鑄造模具,，其強(qiáng)度，表面精度,，尺寸精度,，內(nèi)部缺陷等各方面指標(biāo)的影響。研究發(fā)現(xiàn),，球形粉末成型精度好于棱形粉末 ,，而粒徑為20-50um的粉末成形精度最佳(e)。而從圖(c)及圖(d)中得出,，在打印速率為50mm/s及粘接劑噴射濃度為53%時(shí),，打印的尺寸精度和表面精度質(zhì)量均較好。而圖(e)得到在分層厚度為0.25mm時(shí),，樣件微觀上形成了較多較緊密的粘接橋,。最終得到尺寸精度、表面質(zhì)量較好,，同時(shí)強(qiáng)度較高的樣品,。

圖1(a) 不同陶瓷顆粒形狀及粒徑，(b) 不同形狀粒徑的沙子對(duì)成型表面精度影響,，(c)打印速度及粘接劑噴射量對(duì)砂型表面精度影像 (d)對(duì)應(yīng)成型樣品(e)不同分層厚度對(duì)粘接橋影響(f)選擇最佳工藝制作出成品

通過(guò)對(duì)于不同形狀,，不同粒徑陶瓷粉末對(duì)于鋪粉層表面精度的研究得知,，球形粉末成型精度好于棱形粉末，而精度最佳的粒徑為20-50um(e),。而從圖(c)及圖(d)中得出,，在打印速率為50mm/s及粘接劑噴射濃度為53%時(shí)，打印表面精度較好,。此時(shí)所成型的樣件表面精度同時(shí)較好,。而圖(e)得到在分層厚度為0.25mm時(shí)，樣件微觀上形成了較多較緊密的粘接橋,。最終得到尺寸精度,，表面精度較好，具有較高強(qiáng)度的樣品,。

最后,，對(duì)制件的力學(xué)性能進(jìn)行了表征，制件的密度為2.75g/〖cm〗^3,，彎曲強(qiáng)度為262.6MPa,，斷裂韌性為1.8MPam^(1⁄2)。制件具有更輕的密度和優(yōu)異的力學(xué)性能,。這種制造策略,，在制備具有復(fù)雜幾何形狀的致密陶瓷零件方面具有巨大潛力。

3DP工藝目前在砂型鑄造中已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用,，而陶瓷鑄型的引入為砂型鑄造提供了更多的選擇,。當(dāng)然新工藝以及新材料的碰撞會(huì)出現(xiàn)許多意想不到的問(wèn)題。只有解決了這些問(wèn)題,，之后,，我們才能得到一種穩(wěn)定、可靠,、實(shí)用性強(qiáng),，具有突破性的新技術(shù)。
參考文獻(xiàn)：

    陳啟榮,、Enrique Juste,、Marie Lasgorceix 等。 陶瓷粉末粘合劑噴射工藝：粉末性能和印刷參數(shù)的影響[J]. 開(kāi)放陶瓷,，9（2022）100218