3D打印液体陶瓷用配方设计及打印工艺研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tomato20099002
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近年来3D打印技术备受关注,飞速发展,在各行各业逐渐广泛应用。陶瓷材料由于其优异的耐高温、高强度、耐磨损与耐腐蚀等优良性能,在生物、机械工程、航空航天等领域都有重要的应用,但陶瓷材料的脆性及硬度问题使其加工成型难度增加。因此借助3D打印实现陶瓷材料的成型,将会大大降低陶瓷异形件制备的技术难度和成本,非常有研究价值。本研究探索了一种新型的光固化3D打印陶瓷材料成型技术,通过将氧化铝纳米粒子与可光固化的聚氨酯丙烯酸酯(PUA)与乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(EOEOEA)树脂混合,添加少量的光引发剂,制备出一定流动性的半固体陶瓷液,用自制的液体3D打印设备实现了该陶瓷液的3D打印固化成型,并通过二次高温烧结实现了陶瓷材料的进一步固化,实现了陶瓷材料的光固化3D打印成型。研究了不同种类的光固化树脂与单体匹配,采用了流变仪,扫描电镜(SEM)等测试对其流变性,表面形貌及物理性能分析比较,得到适于制备半固体陶瓷液的光固化树脂及其单体,以及性能适宜的树脂单体配比。采用热失重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR),X射线光电能谱分析(XPS)以及一系列力学性能测试,研究了陶瓷前驱体打印材料中陶瓷粉的含量对最终成型的3D打印陶瓷的结构,形貌以及性能的影响,优化了陶瓷液的配方,当树脂体系的聚氨酯丙烯酸酯/乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯为3/1,氧化铝填料的质量是树脂体系的2.5倍时为性能最优配方。最后,对二次烧结所获得的陶瓷材料进行了力学性能进行研究,结果表明3D打印得到的固化材料的固化程度较高,结构稳定,同时,具有良好的力学性能。
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