挤出冷冻3D打印ZrO2陶瓷薄壁件成型性的研究

摘要

陶瓷零件以其高强度、高耐磨性、高抗氧化性等优越性能而得到广泛的应用，传统的陶瓷零件制作工艺复杂、生产周期长、且难以实现个性化定制。近年来陶瓷 3D打印技术发展迅速，以水基陶瓷膏体为材料的挤出冷冻 3D打印作为陶瓷3D打印技术的一种，由于该工艺设备成本低廉、结构简单容易操作、环境污染小、可成型致密度高且复杂的陶瓷件等优点，该成型工艺得到了越来越多科研工作者的关注。复杂的陶瓷零件由于其成型难度大，要得到高精度的薄壁陶瓷件有待进一步研究，因此本文研究以水基 ZrO2为材料在挤出冷冻 3D打印工艺下挤出薄壁陶瓷件的成型性，为制备高精度的薄壁类陶瓷件提供数据参考。 在冷冻环境下挤出薄壁 ZrO2陶瓷件，通过改变挤出冷冻环境温度、薄壁挤出丝构成层数及薄壁件的倾斜角度、挤出头直径的大小、挤出层高来研究其对薄壁陶瓷件成型性的影响。主要研究结论如下： 冷冻挤出环境温度不是越低越好，温度越低挤出的薄壁件成型性越差，变形越大。薄壁挤出丝构成数量越多成型件精度越高，且可成型的倾斜角度范围越大，但是挤出丝构成层数越多成型时间越长，生产效率越低。挤出同一壁厚的薄壁零件挤出头直径越小其成型性越好，成型件精度越高，但直径越小挤出成型的时间越长，成型效率越低。挤出层高越小，成型件变形越小，但层高并不是越小越好，当挤出层高达到一定值后成型性反而降低。 环境温度为-10℃时成型精度最高，且成型件偏差值随薄壁倾斜角度的变化小。薄壁挤出丝构成层数≥3层时，薄壁件成型性好，且可精确成型的薄壁倾斜角度α为-30°到 20°。成型壁厚为 2.4mm的薄壁件时，挤出头直径为0.8mm时成型性最好。挤出层高y与挤出头挤出直径 x存在线性关系，挤出层高 y= 4/3x。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1引言

1.2陶瓷零件3D打印工艺的国内外发展现状综述

1.3挤出冷冻3D打印工艺的国内外研究现状

1.4课题研究意义

1.5课题研究内容

第2章 实验方法与实验内容

2.1实验方法

2.2实验内容

第3章 挤出冷冻温度对薄壁陶瓷零件成型性的影响

3.1挤出冷冻环境温度为-10℃时对薄壁件成型性的影响

3.2挤出冷冻环境温度为-20℃时对薄壁件成型性的影响

3.3挤出冷冻环境温度为-30℃时薄壁件成型性的影响

3.4本章小结

第4章 薄壁挤出丝构成层数和倾斜角度α对薄壁件成型性的影响

4.1薄壁挤出丝构成为单层时薄壁件的成型性

4.2薄壁挤出丝构成为两层时薄壁件的成型性

4.3薄壁挤出丝构成为三层时薄壁件的成型性

4.4薄壁挤出丝构成为四层时薄壁件的成型性

4.5不同挤出丝构成层数的薄壁件烧结后的精度分析

4.6挤出堆积过程受力分析

4.7本章小结

第5章 不同挤出头直径与挤出层高对薄壁件成型性的影响

5.1不同挤出头直径对同一壁厚薄壁件成型性的影响

5.2不同直径挤出头的挤出层高对薄壁件成型性的影响

5.3本章小结

第6章 典型零件的成型

6.1不同薄壁挤出丝构成层数典型零件的成型

6.2不同直径挤出头挤出同一壁厚典型薄壁件的成型

6.3不同挤出层高下典型薄壁件的成型

结论

参考文献

致谢

附录 攻读硕士研究生期间发表的学术论文