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先進(jìn)陶瓷的固體無模成型法

固體無模成型是20世紀(jì)90年代初Texas大學(xué)Austin分校的H. Marcus和MIT的E.Sechs等借助集成制造的概念,提出被統(tǒng)稱為固體無模成型的陶瓷成型工藝新方法,該方法也被譯為固體自由成型制造。
固體無模成型是20世紀(jì)90年代初Texas大學(xué)Austin分校的H. Marcus和MIT的E.Sechs等借助集成制造的概念,提出被統(tǒng)稱為固體無模成型的陶瓷成型工藝新方法,該方法也被譯為“固體自由成型制造”。

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1.  固體無模成型的工藝原理與過程
固體無模成型工藝的基本原理與過程是直接利用計算機的CAD設(shè)計結(jié)果,將復(fù)雜的三維立體構(gòu)件經(jīng)過計算機軟件切片分割處理,形成計算機可以執(zhí)行的像素單元文件。然后,通過類似計算機打印輸出的外部設(shè)備.將要成型的陶瓷粉體快速形成實際的像素單元,一個一個單元疊加的結(jié)果就可以直接成型出所需要的三維立體構(gòu)件。

2.  固體無模成型的工藝特點
與傳統(tǒng)成型方法相比,固體無模成型技術(shù)具有以下特點:
(1)成型過程中無需任何模具或模型參與,使生產(chǎn)過程更加集成化。制造周期縮短,生產(chǎn)效率得到提高。
(2)成型機的幾何形狀、尺寸可以通過計算機軟件處理系統(tǒng)隨時改變,不需要等待模具的設(shè)計與制造,這大大縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)時間。
(3)由于外部成型打印像素單元尺寸可以小到微米級,因此該成型方法可以制備出用于生命科學(xué)和小衛(wèi)星的微型電子陶瓷器件。
(4)與現(xiàn)代智能技術(shù)相結(jié)合,將進(jìn)一步提高陶瓷制備工業(yè)水平,是該領(lǐng)域與其他工業(yè)制造領(lǐng)域的進(jìn)步相匹配。

3.  固體無模成型的主要類型
固體無模成型技術(shù)實際上是由兩部分構(gòu)成:一是計算機軟件系統(tǒng),主要用于外形及微區(qū)成分結(jié)構(gòu)設(shè)計、圖形處理和像素的輸出;二是外圍輸出設(shè)備和技術(shù),用于結(jié)構(gòu)計算機輸出指令,并將數(shù)字命令轉(zhuǎn)換成實際的陶瓷成型像素單元,進(jìn)行輸出操作。后者是實現(xiàn)固體無模成型亟待解決的關(guān)鍵,針對不同的材料體系和不同的輸出方法,從而形成了各具特色的固體無模成型工藝。
到目前為止,已經(jīng)出現(xiàn)了20多種固體無模成型技術(shù)。其中一些固體無模成型技術(shù)在機械制造、高分子等行業(yè)已經(jīng)形成了多種商業(yè)化應(yīng)用。但是,在陶瓷領(lǐng)域的固體無模成型技術(shù)的研究開展相對較晚。比較典型的陶瓷固體無模成型工藝有:熔融沉淀成型技術(shù)、噴墨打印成型技術(shù)、三維打印成型技術(shù)、分層實體成型技術(shù)和立體光刻成型技術(shù)。
(1)熔融沉積成型技術(shù)(fused deposition of ceramics,縮寫FDC)熔融沉積成型技術(shù)是由FDM技術(shù)發(fā)展而來的,F(xiàn)DM技術(shù)是由Stratasys公司開發(fā)成功并實現(xiàn)商業(yè)化的。
(2)噴墨打印成型技術(shù)(ink-jet printing,uP)  噴墨打印成型技術(shù)是將待成型的陶瓷粉末與各種有機物配制成陶瓷墨水,通過打印機將陶瓷墨水打印到成型平面上進(jìn)行成型。
(3)三維打印成型技術(shù)(3 dimensional printing,3DP)  三維打印成型技術(shù)主要是由美國的Solugen公司和MIT開發(fā)。三維打印的成型過程與選取激光燒結(jié)( SLS)相似。只是將SLS中的激光變?yōu)閲娔蛴C噴射結(jié)合劑。
(4)分層實體成型技術(shù)(larninated object manufacturing,LOM)  分層實體成型技術(shù)是美國的Helisys公司開發(fā)并實現(xiàn)商業(yè)化的。
(5)立體光刻成型技術(shù)(stereolithography,SL)  此成型方法最早由Charles Hull于1984年申請專利,之后由3D Systems公司實現(xiàn)商業(yè)化。最初該成型技術(shù)主要應(yīng)用于高分子的成型,將該方法用于陶瓷成型的研究還剛剛起步。
 


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本文“先進(jìn)陶瓷的固體無模成型法”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時間:2017-03-17 11:16:43
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