一種基于噴蠟速凝原理的復雜陶瓷零件成型方法
【專利摘要】一種基于噴蠟速凝原理的復雜陶瓷零件成型方法，屬于熔模精密鑄造技術領域。該方法首先用三維造型軟件在計算機中生成蠟模的三維實體模型，然后用分層軟件將其分成厚度為0.02～2.00mm的一系列薄層，得到每層的形狀，通過噴蠟技術逐層累積形成1～5mm高的蠟模腔，在模腔中填充制備好的陶瓷漿料，在漿料填充過程中采用超聲裝置輔助漿料流平，重復累加之后形成被蠟模包裹的陶瓷坯體，熱處理去除蠟模并燒結，最終形成陶瓷制件。該方法將快速成型技術易于制造形狀復雜零件的特點與失蠟鑄造的高精度特點相結合，加上分段注入陶瓷漿料克服了傳統注漿工藝的缺陷，可以解決高精度復雜陶瓷結構件制造難題。實現了高精度復雜陶瓷構件的無模制造。
【專利說明】
一種基于噴蠟速凝原理的復雜陶瓷零件成型方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種陶瓷構件成型的新工藝，尤其是基于噴蠟速凝原理的復雜陶瓷零件成型的工藝方法，屬于熔模精密鑄造技術領域。
【背景技術】
[0002]陶瓷材料具有強度高、耐磨損、耐腐蝕、高硬度等特征，是最重要的工程材料之一，在航空航天、石油化工、國防軍工及民用等領域有著廣泛應用。傳統的制備工藝是利用模具將粉末材料制成坯體，再經過高溫燒結得到陶瓷構件，這種成型方法受到模具制作的限制，大大制約了陶瓷構件精細化復雜化的發展和需求。近年發展起來的3D打印技術使材料成型實現了無模化的生產。
[0003]噴蠟3D打印技術是針對失蠟鑄造工藝發展起來的一種快速成型工藝，以全蠟為原材料，采用立體噴蠟打印技術，無形狀限制，精度高，建造產品表面光滑，適用于精密鑄造加工。
[0004]傳統的陶瓷材料注漿成型、壓注成型對陶瓷漿料的性能要求高，需要施加外部條件，對于模具內部的精細結構易造成填充不滿產生空腔等缺陷。
【發明內容】
[0005]為了克服復雜陶瓷零件模具的制約，解決傳統注漿成型、壓注成型的缺陷，本發明提供一種基于噴蠟速凝原理的復雜陶瓷零件成型方法，該方法結合失蠟鑄造的高精度和3D打印可實現零件復雜程度的特點，使其制造出形狀復雜、精度高、表面質量好的陶瓷構件，且蠟模包裹坯體一次性成型。
[0006]本發明采用的技術方案如下:
[0007]—種基于噴蠟速凝原理的復雜陶瓷零件成型方法，該方法以石蠟和陶瓷漿料為原料，其特征在于其包括以下步驟:
[0008]I)構造蠟模的三維數據模型，并將數據模型轉化為STL格式文件；
[0009]2)用噴蠟快速成型系統自身的分層軟件做分層處理，層厚為0.02?2.0Omm;
[0010]3)設定每層蠟模腔高度，即每個“噴蠟-注楽”周期的噴蠟層數，形成I?5mm的蠟模腔；
[0011 ] 4)在陶瓷粉末中添加5 %?25 %的快干粘結劑，配制成陶瓷漿料，將陶瓷漿料注入蠟模腔中；
[0012]5)重復步驟3)?4)，得到由石蠟包裹的陶瓷坯體；
[0013]6)將石蠟包裹的陶瓷坯體進行干燥，放入高溫爐中進行脫蠟以及高溫燒結處理，得到陶瓷制件。
[0014]上述技術方案中，所述陶瓷粉末為Si02、Al203、Zr02和Y2O3中的一種或幾種的混合，其粒度為200目?10000目。
[0015]優選地，步驟4)中將陶瓷漿料注入蠟模腔的過程中，采用超聲裝置輔助漿料流平。
[0016]本發明的步驟6)中，所述陶瓷坯體的干燥包括常溫干燥、冷凍干燥、真空干燥或微波干燥;脫蠟溫度為400?800°C，高溫燒結溫度為1000?1600°C。
[0017]本發明具有以下優點及突出性的技術效果:本發明采用噴蠟3D打印與分段填充陶瓷漿料相結合，既打破了模具對于復雜形狀的限制，實現了陶瓷材料的無模精密制造，又可實現一次性形成蠟模包裹的坯體，解決了精細結構易產生空腔缺陷的問題，可制造出形狀復雜、精度高、表面質量好的陶瓷構件，簡化了生產工藝流程，大大提高了生產效率。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明的工藝流程圖。
[0019]圖2是蠟模的三維實體模型圖和剖面圖。
[0020]圖3是蠟模對應制造的陶瓷零件模型圖。
[0021]圖4(a)_4(e)為分步成型示意圖。
[0022]圖中:1-噴蠟噴頭;2-蠟模殼;3-注漿壓頭;4-超聲輔助流平裝置;5-注入蠟模殼的陶瓷漿料。黑色部分為陶瓷漿料。
[0023]以下結合附圖和發明人給出的實例對本發明作進一步的詳細描述。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和具體實施實例對本發明進一步說明。
[0025]如圖1中所示，本發明提供的一種基于噴蠟速凝原理的復雜陶瓷零件成型方法，其具體包括如下步驟:
[0026]首先使用Pro/E或Solidworks軟件構造蠟模的三維數據模型，數據模型如圖2所示(圖3為圖2所示蠟模形成的陶瓷零件)。隨后將圖2中所示模型存儲為STL格式文件。下一步采用噴蠟快速成型系統自身的分層軟件做分層處理，設定每層厚度，也即每段蠟模空腔的高度，層厚一般為0.02?2.0Omm;根據零件表面粗糙度的要求，選擇打印單層蠟模空腔所需要的噴蠟層數，將處理數據導入制造程序中。
[0027]隨后進入陶瓷零件的實際制備階段，此階段第一步在陶瓷粉末中添加5%?25%的快干粘結劑，配制成陶瓷漿料，所述的陶瓷粉末為Si02、Al203、Zr04PY203中的一種或幾種的混合，其粒度為200目?10000目。快干粘結劑包括快干硅溶膠、硅酸乙酯、水玻璃;第二步將陶瓷漿料添加至鋪料系統中，其中鋪料系統由儲料箱和噴頭組成;第三步在計算機中設置工藝參數，開始進行“噴蠟-注楽”步驟。經過一段時間制備出一定高度的蠟膜空腔如圖4(a)所示，噴蠟程序暫時停止，此時輔料系統啟動，在形成的蠟模空腔中充填進入陶瓷漿料形成如圖4(b)的結構完成。由于蠟膜空腔高度低，充填進入的陶瓷漿料總量小，可以通過超聲輔助流平裝置4有效地促使陶瓷漿料分布的均勻化，也有利于漿料中氣泡的排除，有利于陶瓷零件的最終質量的提高，此時完成了一次“噴蠟-注楽”操作。漿料填充、流平后重新開始“噴蠟-注楽”操作，在原來蠟模的基礎上再次制備出一定高度的蠟模空腔如圖4(c)所示，在此蠟模空腔中充填進入陶瓷漿料形成如圖4(d)所示完成下一次“噴蠟-注漿”操作。如此重復打印蠟模，充填漿料的過程，最終制備出來蠟模包裹的陶瓷零件。隨后進入后處理階段，將蠟模包裹的陶瓷坯體進行干燥、脫蠟、高溫燒結步驟，脫蠟溫度為400?800°C，高溫燒結溫度為1000?1600°C。最后對成型制件進行表面清理得到陶瓷構件(圖3)。
【主權項】
1.一種基于噴蠟速凝原理的復雜陶瓷零件成型方法，該方法以石蠟和陶瓷漿料為原料，其特征在于其包括以下步驟: 1)構造蠟模的三維數據模型，并將數據模型轉化為STL格式文件； 2)用噴蠟快速成型系統自身的分層軟件做分層處理，層厚為0.02?2.0Omm; 3)制備每層蠟模腔高度，即每個“噴蠟-注楽”周期的噴蠟層數，每層蠟模腔高度設定為I ?5mm; 4)在陶瓷粉末中添加5%?25 %的快干粘結劑，配制成陶瓷漿料，將陶瓷漿料注入蠟模腔中，完成一次“噴蠟-注楽”操作； 5)在完成一次“噴蠟-注楽”操作的基礎上，重復步驟3)?4)，得到由石蠟包裹的陶瓷坯體； 6)將石蠟包裹的陶瓷坯體進行干燥，放入高溫爐中進行脫蠟以及高溫燒結處理，得到陶瓷制件。2.根據權利要求1所述的一種基于噴蠟速凝原理的復雜陶瓷零件成型方法，其特征在于:步驟4)中將陶瓷漿料注入蠟模腔的過程中，采用超聲裝置輔助漿料流平。3.根據權利要求1或2所述的根據權利要求1所述的一種基于噴蠟速凝原理的復雜陶瓷零件成型方法，其特征在于:所述步驟4)中所述的陶瓷粉末為Si02、Al203、Zr02和Y2O3中的一種或幾種的混合，其粒度為200目?10000目。4.根據權利要求1所述的一種基于噴蠟速凝原理的復雜陶瓷零件成型方法，其特征在于:步驟6)中所述陶瓷坯體的干燥包括常溫干燥、冷凍干燥、真空干燥或微波干燥;脫蠟溫度為400?800°C，高溫燒結溫度為1000?1600°C。
【文檔編號】B28B1/26GK106064421SQ201610371847
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年5月30日 公開號201610371847.X, CN 106064421 A, CN 106064421A, CN 201610371847, CN-A-106064421, CN106064421 A, CN106064421A, CN201610371847, CN201610371847.X
【發明人】呂志剛, 胡可輝, 魏亞蒙, 劉偉
【申請人】清華大學