【摘 要】
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ZrO2具有高熔点、高硬度、耐化学腐蚀、耐磨等优点,因其卓越的机械性能、高温隔热、生物惰性等在各个领域都有着广泛的应用。3D打印技术作为一种快速成型技术,通过计算机软件构造出物体或零件的三维模型,再将选取的材料进行逐点/逐行/逐面地添加,最终构建出三维实体零件。陶瓷光固化打印技术是利用光敏树脂在紫外光下的固化将陶瓷颗粒固定在基体中,通过面投影或者线投影的逐层累加,获得特定形状的陶瓷坯体,具有精度高
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ZrO2具有高熔点、高硬度、耐化学腐蚀、耐磨等优点,因其卓越的机械性能、高温隔热、生物惰性等在各个领域都有着广泛的应用。3D打印技术作为一种快速成型技术,通过计算机软件构造出物体或零件的三维模型,再将选取的材料进行逐点/逐行/逐面地添加,最终构建出三维实体零件。陶瓷光固化打印技术是利用光敏树脂在紫外光下的固化将陶瓷颗粒固定在基体中,通过面投影或者线投影的逐层累加,获得特定形状的陶瓷坯体,具有精度高、可制备复杂结构、快速、大批量制备等优点。将打印出的陶瓷坯体经过干燥、排胶、烧结等工艺可获得形态完整,力学性能优异的陶瓷结构部件。本研究中,通过调节陶瓷浆料配方中的树脂比例、固相含量、分散剂的添加量来研究对浆料流变性能的影响。当聚乙二醇二丙烯酸酯与1,6己二醇二丙烯酸酯的比例为1:5时,树脂拥有着较低的流动性和较为优异的收缩率。研究不同固相含量对粘度的影响,发现当固相含量为40%时,粘度达到了8230m Pa·s,流动性较差,几乎不满足打印要求。研究了分散剂含量对粘度的影响,在添加10%的BYK-104后,浆料粘度显著降低,在剪切速率位1/40 s时粘度降低至3933.2m Pa·s,符合陶瓷打印的基本要求。通过研究固化功率和固化时间对打印效果的影响,得到了合适的打印参数。结果表明,固化功率和固化时间对固化效果影响较为一致随着固化功率和固化时间的提高,固化厚度显著提升,但固化精度会随之下降。在固化功率为30 m W/cm~2,固化时间为10 s时,总体固化效果较好,打印片厚度约为125μm,精度低于100μm,能成功打印出高精度的复杂模型。将打印好的试样经过排胶后在1500℃烧结4 h,获得了致密的氧化锆陶瓷,X、Y、Z三个方向的收缩分别为25.39%、26.47%、26.52%,致密度约为97%±0.52。将打印的标准试条进行三点弯曲试验,试条的抗弯强度达到了711.18MPa。对断口进行显微分析,发现打印件内部致密,断口为沿晶断裂。进行高精度的螺钉、牙齿等多种模型的打印和显微分析,证实了该打印方法的高还原度和高精度。以上结果表明,DLP光固化打印氧化锆陶瓷的成功制备,并具备优异的性能。
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