供稿人：戚書豪、連芩 供稿單位：西安交通大學全國精密微納制造技術國家重點實驗室 發(fā)布日期：2024-06-28
陶瓷材料由于優(yōu)異的高溫性能、高硬度、耐腐蝕性、優(yōu)異的生物相容性等優(yōu)勢，在航空航天、汽車、醫(yī)療、電子等多個領域具有重要應用前景。自下而上的陶瓷光固化增材制造技術由于成形精度高、成形質量好和易于成形復雜結構等優(yōu)勢備受研究者的關注。在自底向上的陶瓷光固化工藝過程中，使用紫外光固化單層材料之后，零件需要從漿料池底部抬起與液槽底部分離，而由于陶瓷光固化漿料的高粘度特點和真空壓力等因素，該過程產生較大的分離力使得零件固化層破裂或脫落，這種現象在加工截面積較大的零件時尤為明顯，是目前自底向上陶瓷光固化技術面臨的最重要的阻礙之一。
西安交通大學李滌塵團隊開發(fā)了一種滑石粉涂層PDMS薄膜改性方法，該方法將滑石粉分散于乙醇中形成懸濁液，然后將懸濁液均勻涂覆在PDMS薄膜上，并將其作為漿料池底部與正在加工的陶瓷零件的介質，構建了能夠實現柔性分離的漿料池系統(tǒng)。實驗證明在最佳滑石粉涂量（2.4g/m2）下，改性后的柔性分離系統(tǒng)極大地降低了零件抬升過程中與漿料池底部的粘接，使得最大分離力平均降低93%以上，提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性和陶瓷零件成形的可靠性。
圖1 滑石粉涂層-PDMS膜改性分離方法及其柔性分離系統(tǒng)[1]
該研究證明了所開發(fā)的改性分離系統(tǒng)隨著打印截面積的增加，最大分離力的增加幅度相比傳統(tǒng)打印系統(tǒng)明顯降低，該結果有利于大截面陶瓷零件的穩(wěn)定打印。而且該系統(tǒng)的最大分離力受到分離速度的影響相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)更小，有利于打印過程中的工藝參數優(yōu)化和打印效率提升。滑石粉涂層PDMS膜分離方法不會顯著降低PDMS膜的透光性能、透氧性能和最終打印陶瓷制件的精度。使用PDMS膜-滑石粉涂層改性分離系統(tǒng)成功打印了包括110 mm高度的航空陶瓷型芯、橫截面尺寸為85 mm×65 mm的牙齒模型和復雜三周期極小曲面模型，如圖2所示，證明了所開發(fā)的滑石粉涂層PDMS膜分離方法在自底向上陶瓷光固化打印過程中的成形能力和應用前景。
圖2 采用滑石粉涂層改性PDMS膜柔性分離方法成形的陶瓷制件[1]