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先进陶瓷的固体无模成型法

内容导读:固体无模成型是20世纪90年代初Texas大学Austin分校的H. Marcus和MIT的E.Sechs等借助集成制造的概念,提出被统称为固体无模成型的陶瓷成型工艺新方法,该方法也被译为固体自由成型制造。
固体无模成型是20世纪90年代初Texas大学Austin分校的H. Marcus和MIT的E.Sechs等借助集成制造的概念,提出被统称为固体无模成型的陶瓷成型工艺新方法,该方法也被译为“固体自由成型制造”。
陶瓷承靠柱
1.  固体无模成型的工艺原理与过程
固体无模成型工艺的基本原理与过程是直接利用计算机的CAD设计结果,将复杂的三维立体构件经过计算机软件切片分割处理,形成计算机可以执行的像素单元文件。然后,通过类似计算机打印输出的外部设备.将要成型的陶瓷粉体快速形成实际的像素单元,一个一个单元叠加的结果就可以直接成型出所需要的三维立体构件。

2.  固体无模成型的工艺特点
与传统成型方法相比,固体无模成型技术具有以下特点:
(1)成型过程中无需任何模具或模型参与,使生产过程更加集成化。制造周期缩短,生产效率得到提高。
(2)成型机的几何形状、尺寸可以通过计算机软件处理系统随时改变,不需要等待模具的设计与制造,这大大缩短了新产品的开发时间。
(3)由于外部成型打印像素单元尺寸可以小到微米级,因此该成型方法可以制备出用于生命科学和小卫星的微型电子陶瓷器件。
(4)与现代智能技术相结合,将进一步提高陶瓷制备工业水平,是该领域与其他工业制造领域的进步相匹配。

3.  固体无模成型的主要类型
固体无模成型技术实际上是由两部分构成:一是计算机软件系统,主要用于外形及微区成分结构设计、图形处理和像素的输出;二是外围输出设备和技术,用于结构计算机输出指令,并将数字命令转换成实际的陶瓷成型像素单元,进行输出操作。后者是实现固体无模成型亟待解决的关键,针对不同的材料体系和不同的输出方法,从而形成了各具特色的固体无模成型工艺。
到目前为止,已经出现了20多种固体无模成型技术。其中一些固体无模成型技术在机械制造、高分子等行业已经形成了多种商业化应用。但是,在陶瓷领域的固体无模成型技术的研究开展相对较晚。比较典型的陶瓷固体无模成型工艺有:熔融沉淀成型技术、喷墨打印成型技术、三维打印成型技术、分层实体成型技术和立体光刻成型技术。
(1)熔融沉积成型技术(fused deposition of ceramics,缩写FDC)熔融沉积成型技术是由FDM技术发展而来的,FDM技术是由Stratasys公司开发成功并实现商业化的。
(2)喷墨打印成型技术(ink-jet printing,uP)  喷墨打印成型技术是将待成型的陶瓷粉末与各种有机物配制成陶瓷墨水,通过打印机将陶瓷墨水打印到成型平面上进行成型。
(3)三维打印成型技术(3 dimensional printing,3DP)  三维打印成型技术主要是由美国的Solugen公司和MIT开发。三维打印的成型过程与选取激光烧结( SLS)相似。只是将SLS中的激光变为喷墨打印机喷射结合剂。
(4)分层实体成型技术(larninated object manufacturing,LOM)  分层实体成型技术是美国的Helisys公司开发并实现商业化的。
(5)立体光刻成型技术(stereolithography,SL)  此成型方法最早由Charles Hull于1984年申请专利,之后由3D Systems公司实现商业化。最初该成型技术主要应用于高分子的成型,将该方法用于陶瓷成型的研究还刚刚起步。
 

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