论文总字数：17634字

摘 要

制造产业中，材料占有核心地位。目前，3D打印所用的的材料包括金属、聚合物和陶瓷等。陶瓷材料因其普遍硬度较高、能耐高温以及抗腐蚀性较为优秀等特点而被广泛应用于工业生产中。相对的，陶瓷的硬脆特性又使其制造困难。随着时代的发展，迫切需要一种新的成型技术，而陶瓷3D打印技术正好可以满足其要求。在此情况下，本论文对利用粘结剂喷射3D打印的方法来制备氧化铝陶瓷进行了研究与探讨，该方法是通过逐层喷射粘结剂的方式进行有选择的固化相应陶瓷粉末来实现最终成型。研究实验过程中，从原料、制备过程等角度，分析影响最终制品性能的因素，在此基础上提出相关改进方案，并对多种方案进行综合比较和评价。在已有制备方式实现的基础上，进一步通过实验来研究改进制备方法的措施以及相关影响因素，进而面向实际应用，从合成条件、处理工艺过程、材料的性能以及经济性等角度为实际应用生产提供理论帮助。

关键词：3D打印；氧化铝陶瓷；粘结剂喷射；成型

Preparation of alumina ceramics by 3D printing with binder spray

Abstract

In the manufacturing industry, materials occupy the core position. Currently, materials available for 3D printing include metals, polymers and ceramics. Ceramic materials are widely used in industrial production because of their high hardness, high temperature resistance and good corrosion resistance.In contrast, the hard and brittle properties of ceramics make it difficult to manufacture. With the development of the times, there is an urgent need for a new molding technology, and the ceramic 3D printing technology can meet its requirements.This method is to realize the final molding by selectively solidifying the corresponding ceramic powder by spraying binder layer by layer. In the process of research, experiments were carried out to analyze the factors affecting the performance of the final product from the perspectives of raw materials and preparation process.On this basis, relevant improvement plans were put forward, and a comprehensive comparison and evaluation of various plans were carried out. On the basis of the existing preparation methods, further study the measures to improve the preparation methods and related influencing factors through experiments, and then face the practical application, providing theoretical help for the practical application and production from the perspective of synthesis conditions, processing process, material performance and economy.

Key words：3D printing；alumina ceramic；binder spray；forming

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2氧化铝陶瓷 1

1.3 3D打印技术与陶瓷 1

1.3.1 3D打印技术 1

1.3.2陶瓷材料3D打印技术应用分析 5

1.4粘结剂喷射3D打印技术研究现状 7

1.5本课题的研究意义和主要研究内容 8

第二章 实验 10

2.1实验原料 10

2.2实验仪器 10

2.3实验方法 11

2.3.1粉料的制备 11

2.3.3 3D打印试验 12

2.3.4成型工件的去粉 13

2.3.5陶瓷坯体的烧结 14

2.4表征方法 14

2.4.1粉料沉降试验 14

2.4.2热分析 14

2.4.3相对密度及气孔率测定 14

2.4.4孔结构分析 15

2.4.5显微结构分析 15

2.4.6物相分析 16

2.4.7强度分析 16

第三章 结果与讨论 17

3.1粉料粒度对成型的影响 17

3.2粉料层厚的影响 18

3.3粘结剂种类的影响 19

3.3.1粘结剂种类对强度的影响 19

3.3.2粘结剂种类对孔隙率的影响 19

3.3.3粘结剂种类对微观结构的影响 20

3.4其他打印成型工件问题分析 20

3.4.1打印分辨率低 20

3.4.2强度不高 21

第四章 结论与展望 22

4.1结论 22

4.2展望 22

参考文献 23

致 谢 25

第一章 绪论

1.1引言

在制造产业中，材料拥有极为重要的地位，陶瓷材料就是其中的一大类。陶瓷材料因其普遍具有高硬度、耐高温性好以及良好的耐腐蚀性等优点而被广泛应用于工业生产中^[1]，同时满足了日用和特殊性能的诸多需要。氧化铝陶瓷是以氧化铝(Al₂O₃)为主体的陶瓷材料，具有良好的导电性、机械强度和耐高温性能。在氧化铝陶瓷中，Al₂O₃含量越高，性能越好。但是，Al₂O₃含量越高，工艺要求越高，烧结温度越高，能耗越大，对窑炉的要求也越高。Al₂O₃陶瓷的性能指标也将在一定范围内变化，这取决于原料条件、配方和生产工艺。陶瓷成型方法包括挤压、干压、等静压、灌浆、流延和凝胶铸造等。这些工艺都需要先根据构件的形状准备对应形状的模具从而才能生产。如果构件的结构稍有变化，模具就需要重新制备或成型后的样品需要再次加工，从而又增加了制备成本^[3]。另外由于传统制造技术的限制，一些复杂结构的陶瓷制品制造成本过高甚至无法制造，所以迫切需要新的加工方式解决这一问题。

随着时代的进步计算机技术的发展，产品的设计和研究得到了迅速的发展。计算机辅助技术，如CAD/CAE等的出现和应用大大减少了产品的研发与制造周期。基于此开发的3D打印机在一定程度上改善了这一问题。它集计算机、伺服系统等技术于一体，使用独特的增材制造技术，降低了复杂构件的加工难度，解决了一些传统技术无法加工复杂零件的问题^[4]。

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