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数字光处理助力陶瓷3D打印

更新时间: 2024-12-11 17:51:25  查看次数: 82    
数字光处理技术是从立体光刻衍生出来的。它有不少优点,能像立体光刻那样有很高的成型精度和很好的表面质量,而且每次能一下子固化一整个幅面,还不用激光器当光源。这样一来,打印效率提高了,生产成本也大大降低了。还有直写成型技术,是 1997 年由 Sandia 国家实验室的 Cesarano 等人申请专利的。这个方法是让材料从喷嘴挤出来,要是高粘度的浆料就得用大喷嘴。通过移动喷嘴一层一层地把模型建起来,完成后进行脱脂烧结,把有机物去掉。它比较适合做那种有周期性特征、对表面质量和分辨率要求不高的多孔结构。所以像精密陶瓷就很难用直写成型技术来加工,这也限制了它的应用。把各种 3D 打印技术在技术、尺寸、速率、精度、成本还有适用领域等好多方面综合对比后,会发现基于陶瓷浆料光固聚合的 3D 打印技术,像立体光刻和数字光处理技术,比其他增材制造技术要好。它们的分辨率更高,表面质量也更棒,所以更有前景,现在也是最流行的陶瓷 3D 打印技术。相信过不了多久,基于陶瓷材料的增材制造工艺在结构陶瓷、功能陶瓷,甚至是先进领域的特种陶瓷制备上都会有很出色的表现。
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用预陶瓷聚合物当前驱体制备转化陶瓷有四个阶段。第一个阶段是从室温到 300℃,叫成型阶段。就是用铸造成型、注入成型、模压成型、流延成型、光纤拉丝或者涂层成型这些普通方法,把前驱体溶液变成想要的结构或者形状。第二个阶段是 100℃到 400℃,叫交联阶段。在这个阶段,前驱体有机物小分子通过交联固化,变成大分子长链,这样能让它更稳定,还能在热解的时候不让小分子气体随便跑出来。第三个阶段是 400℃到 1400℃,叫热解阶段。这个时候前驱体有机聚合物随着温度升高,慢慢变成非晶态陶瓷。第四个阶段是 1000℃及以上,叫析晶阶段。在这个阶段,非晶态陶瓷里面那些稳定价比较低的分子链会断开,释放出来的原子会重新排列,变成新的晶体结构,晶体慢慢长大,最后就变成完全结晶的晶态陶瓷。前驱体转化陶瓷出现 40 多年了,在各个领域都有应用,在微纳器件这些高端领域也发挥着重要作用。

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 20世纪60年代早期,Ainger、Herbert、Chantrell 和 Popper 第一次报道了用分子级别的聚合物当前驱物来生产非氧化物陶瓷的工艺。十年后,Verbeek 等人第一次提出用聚硅氮烷、聚硅氧烷和聚碳硅烷当预聚体聚合物,通过前驱体转化做出高性能非氧化物陶瓷,用来生产小直径、适合在高温环境下用的微球体 SiC/Si3N4 陶瓷纤维。差不多在同一时间,Fritz 和 Raabe 以及 Yajima 等人在聚碳硅烷热裂解合成 SiC 陶瓷材料方面也有了很大的突破。20 世纪 80 年代前期,Puerta 等人在聚硅碳烷里加硼源(用的是 9 - BBN),合成了含硼聚硅碳烷,还发现热解的时候这个掺杂物能让前驱体转化 SiC 陶瓷更致密。80 年代中期,Manner 等人通过开环聚合反应,在加热的时候在有机硅里加二茂铁,成功做出了磁性陶瓷。 

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