陶瓷成型技术
陶瓷成型技术
摘要: 成型技术是制备陶瓷材料的一个重要环节。陶瓷制造经历数千年历史,直到20世纪中叶因为烧结理论的创立获得了飞速发展。上世纪七八十年代关于超细粉体制备和表征的发展,促使陶瓷工艺第二次大发展。当前阻碍陶瓷材料进一步发展的关键之一是成型工艺技术没有突破.压力成型不能满足形状复杂性和密度均匀性的要求。本文评述了国内外陶瓷现代成型技术，讨论了上述成型方法的基本原理和特点。
关键词：陶瓷, 成型, 技术，进展
一引言
成型工艺是陶瓷材料制备过程的重要环节之一,在很大程度上影响着材料的微观组织结构,决定了产品的性能、应用和价格[1]。过去,陶瓷材料学家比较重视烧结工艺,而成型工艺一直是个薄弱环节,不被人们所重视。现在,人们已经逐渐认识到在陶瓷材料的制备工艺过程中,除了烧结过程之外,成型过程也是一个重要环节。在成型过程中形成的某些缺陷(如不均匀性等)仅靠烧结工艺的改进是难以克服的，成型工艺已经成为制备高性能陶瓷材料部件的关键技术,它对提高陶瓷材料的均匀性、重复性和成品率,降低陶瓷制造成本具有十分重要的意义。本文简单回顾了陶瓷成型方法的发展及技术特点。
二成型方法
1 胶态浇注成型[2]
胶态浇注成型是将具有流动性的浆料制成可自我支撑形状的一种成型方法。该法利用浆料的流动性,使物料干燥并固化后得到一定形状的成型体。主要包括以下几种方法:
①注浆成型(Slip Casting)
是将浆料注入具有渗透性的多孔模具(如石膏)中,模具内部的形状即为所需要的素坯形状,利用多孔模具的毛细管力而使液体排除,从而固化。注浆成型的模具要具有一定的强度,吸水性好,吸水速度适中。注浆成型工艺成本低,过程简单,易于操作和控制,但成型形状粗糙,注浆时间较长,坯体密度、强度也不高。80年代中期,人们在传统注浆成型的基础上,相继发展产生了新的压滤成型(Pressure Filtration)和离心注浆成型(Centrifugal Casting),借助于外加压力和离心力的作用,来提高素坯的密度和强度,而且几乎不需要使用有机添加剂,因而避免了注射成型中复杂的脱脂过程,但由于坯体均匀性差,因而不能满足制备高性能高可靠性陶瓷材料的要求
②流延成型(Tape Casting)〔1-2〕
也称带式浇注,或刀片法(Doctor-blade)。它是将粉料与塑化剂混合得到可流动的粘稠浆料,然后将浆料均匀地流到或涂到转动着的基带上,或用刀片均匀地刷到支撑面上,形成浆膜,干燥后得到一层薄膜,带膜厚度一般为0.01-1mm。60年代中期,由Wentworth等首次将流延法用于铁电材料的浇注成型。此外,它还被广泛用于多层陶瓷、电子电路基板、压电陶瓷等器件的生产中。
随着工业上对更大尺寸、更复杂形状陶瓷零部件需求的不断提高,用注射成型等传统的成型技术来制造已难以实现。它们都受到来自部件壁厚和复杂程度等方面的严重限制。围绕提高陶瓷材料的均匀性和可靠性问题,人们在传统成型工艺的基础上进行了不断深入的研究,并在90年代初期出现了一系列令人耳目一新的原位凝固成型工艺,其中最具代表性也是目前研究最活跃的两种成型方法是注凝成型和直接凝固注模成型,此外还有胶态振动注模成型、温度诱导絮凝成型等,原位凝固成型工艺受到了普遍的重视。
③注凝成型(Gel Casting)
本世纪80年代后期,由于昂贵的生产成本而使陶瓷材料领域陷入窘境。在这种情况下,美国橡树岭国家重点实验室(Oak Ridge National Laboratory)开展了陶瓷成型方法的研究,并于90年代初发明了一种新颖的陶瓷成型技术—注凝成型。注凝成型是在悬浮介质中加入乙烯基有机单体,然后利用催化剂和引发剂通过自由基反应使有机单体进行交联,坯体实现原位固化。其显著优点是浆料固体含量高(一般不低于50vol.%),坯体强度高,便于机械加工,而机械加工对于难加工的陶瓷材料来说往往具有十分重要的意义,因此该成型方法一经产生便受到人们的青睐。在美国和日本该工艺的研究已被列入陶瓷新材料的发展和研究计划。但其致命缺点是干燥条件苛刻,即使在室温和高湿度条件下长时间干燥,坯体仍易于开裂,而且工艺的自动化程度也不高。目前,注凝成型技术在以橡树岭为代表的众多研究机构的广泛深入的研究下,已取得了丰硕的成果。国内清华大学、北京航空航天大学、北京建材院和上硅所等单位也已开展了这方面的研究,并取得了很大进展。
④直接凝固注模成型(Direct Coagulation Casting-DCC)
在注凝成型工艺产生两年以后,瑞士苏黎世联邦技术学院Gauckler教授的研究小组将生物酶技术、胶态化学与陶瓷工艺学相结合发明了一种全新概念的净尺寸原位陶瓷成型技术—直接凝固注模成型(简称DCC)。该成型方法不需或只需少量的有机添加剂(小于1wt.%),坯体不需脱脂,坯体密度均匀,相对密度较高,而且可成型大尺寸复杂形状的陶瓷部件,但其坯体强度往往不够高。目前,Gauckler等人已将DCC方法用于氧化铝陶瓷的成型并得到了性能优异的制品,在国内清华大学和上硅所也于近年来先后开始从事氮化硅、碳化硅等陶瓷材料的DCC成型研究,虽然都取得了一些成果,但总的来看,研究还不够深入,认识还不够全面,尤其在产品工业化方面还有很大的差距。
⑤胶态振动注模成型(Colloidal Vibration Casting)
胶态振动注模成型是1993年由California大学Santa Barbara分校https://www.wendangku.net/doc/2f12162036.html,nge教授发明的一种胶态成型技术。它是将制备好的含有高离子强度的稀悬浮体(20-30vol.%)通过压滤或离心获得高固相含量的坯料,然后在振动作用下进行浇注,而后实现原位固化。该成型方法可实现连续化生产,并且可成型复杂形状的瓷部件,但素坯强度较低,脱模时坯体易于开裂和变形。
⑥温度诱导絮凝成型(Temperature Induced Flocculation)
温度诱导絮凝成型是由瑞典表面化学研究所的L.Bergstrom教授发明的一种净尺寸胶态成型技术。它是利用胶体的空间位阻稳定进行成型的。首先选择一种特殊的在有机溶剂中的溶解度随温度变化的分散剂,加入浓悬浮体中,其一端吸附在颗粒表面,另一端伸展入溶剂中,起到空间稳定粉料的作用。然后将分散好的高固含量浆料注模后,随着温度的降低,分散剂在溶剂中的溶解度下降,逐渐失去分散能力,从而实现浆料的原位固化。该成型方法的最大优点是废料可回收重复使用,但这种分散剂对于不同的陶瓷体系有很大的局限性。
2 流延成型
流延成型是制备层状陶瓷薄膜的一种成型方法。这种成型方法可以制作厚度小于0.05mm 的薄膜，能制备电容器、热敏电阻、铁氧体和压电陶瓷坯体，特别有利于生产混合集成电路基片等制品。流延成型的工作原理是：将细分散的陶瓷粉料悬浮在由溶剂、增塑剂、粘接剂和悬浮剂组成的无水溶液中，成为可塑且能流动的料浆。当料浆在刮刀下流过时，便在流延机的运输带上形成薄层的坯带，坯带缓慢向前移动，等到溶剂逐渐挥发后，粉料固体微粒便聚集在一起，形成较为致密的、似皮革柔韧的坯带，再冲压出一定形状的坯体。薄膜的厚薄与刮刀至基面的间距、基带运动速度、浆料粘度及加料漏斗内浆面的高度有关。
3 离心沉积成型[1]
离心沉积成型,是一种制备板状、层状纳米多层复合材料的方法。其原理是不同的浆料依次在离心力的作用下一层层地均匀沉积成一个整体也可利用颗粒大小或质量的不同沉积出各层不同性质的材料。采用离心沉积成型层状材料具有以下特点通过沉积不同的材料,可以
改善材料的韧性沉积的各层可以是电、磁、光性质的结合,具有多功能性可以制成各向异性的新型材料。
4 电泳沉积成型[1]
电泳沉积成型是利用直流电场促使带电颗粒发生迁移, 进而沉积到极性相反的电极上而成型。沉积过程中在电泳迁移的作用下颗粒间的距离缩短,吸引力起主要作用,浆料的稳定分散性开始失去,粉体颗粒逐渐沉积到电极上。分为颗粒电泳迁移和颗粒在电极上放电沉积两个相继的过程,为了使颗粒能单独沉淀到电极上而不受其他带电颗粒的影响,需要陶瓷浆料具有很好的分散性。研究在水溶液中电泳沉积复合材料,通过调整溶液和工艺参数分别控制和沉积的厚度,制备出复合层厚度无翘曲陶瓷复合材料,同时减少了环境污染等,通过加人分散剂和控制值,在水溶液中电泳沉积厚度为的均质膜,具有成本低的特点。
5 注射成型[3]
陶瓷注射成型是利用高分子聚合物在高温下熔融、低温下凝固的特性进行成型的,成型之后再把高聚物脱除。注射成型的优点是能生产形状复杂的产品,并且具有很高的产品尺寸精度和均匀的显微结构、机加工量少、表面光滑,适合自动化和大规模生产,因而颇受人们的重视[6]。缺点是模具设计加工成本和有机物脱脂过程的成本较高。最近国内外研究注射成形主要是围绕此类问题进行,其进展主要有：
1) 水溶液注射成形[4]
该法采用水溶性的聚合物作为有机载体,附加以分散剂、润滑剂、水等,通过温度变化来凝固成形坯体,常用的有机载体有琼脂和琼脂糖。此法的有机载体不用脱脂,降低了陶瓷注射成形的成本。可以更容易地实现自动控制,与传统的注射成形方法相比降低了成本。
2) 气体辅助注射成形[5]
该法是将气体引入聚合物溶体中,使成形更容易进行,常用来成形中空的器件。此方法的优点是:可以避免定向行为的产生,使成形体具有更大的尺寸稳定性;降低内应力,减少产品内部的翅曲,提高注射效率;降低原物料消耗;此方法生产的产品抗弯强度是传统方法的2倍。缺点是浆料的热性能及工艺过程不易控制。
6无模成型[6]
随着电子计算机技术的迅猛发展,借助计算机直接加工制造各种复杂形状产品的技术取得了长足进步。90年代初H.Marcus等人提出固体无模成型制造(solid freeform fabrication)新思路。该技术直接利用计算机CAD设计,将复杂的三维立体构件经计算机软件分割切片处理,形成计算机可执行的像素单元文件,再通过计算机控制的外部设备,将要成型的陶瓷粉体(或陶瓷坯带)快速形成(或切割成)实际的像素单元,将一个一个单元叠加即可直接成型出所需要的三维立体构件。
目前无模成型技术已经发展成为以下6种:1)激光选区烧结法:激光器产生的激光按计算机指定的路径和区域扫描堆放的粉体表面,被扫描部位由于受热,使颗粒之间烧结,如此一层一层地重复此过程,即可制出立体工件;2)层片叠加成型法:根据计算机分割成的像素几何形状,利用激光在薄片材料上切出实际对应的像素单元,然后将这些单元按顺序一层一层堆叠起来,即得到CAD所设计的工件的立体形状;3)熔化覆盖成型法:把原材料制成的细丝喂入由计算机控制驱动的熔化器中,熔体通过喷嘴挤出至成型平面上,如此一层一覆盖便可生成实际的三维立体工件;4)立体印刷成型法:利用紫外激光扫描感光单体,使单体聚合,聚合深度由激光辐射量来控制,按计算机指令要求一层一层感光成立体工件;5)三维打印成型法:根据计算机输出的两维像素信息,利用喷嘴向待成型的陶瓷粉床上喷射结合剂,打完一层后,在料床顶部添加新粉,再喷结合剂,如此重复进行,最后除去未喷射结合剂的粉料,即可得到要成型的立体工件;6)喷墨打印成型法:将待成型的陶瓷粉制备成陶瓷墨水,通过打印机原理将这种陶瓷墨水直接打印到载体上成型,成型体的形状及几何尺寸由计算机控制。
7 自反应喷射成型
自反应喷射成型结构陶瓷技术是将自蔓延高温合成(SHS)这一低成本陶瓷合成技术与喷射成型这一近终型成型的快速凝固技术相结合而集成创新的结构陶瓷材料制备新技术[9]。其具体思想是:制备自反应型含能复合粉体,进行高速火焰喷射,飞行过程中通过火焰引发含能粉体的高放热SHS反应,在利用火焰辅助加热和SHS反应原位合成并获得液态陶瓷熔体的同时,将其沉积到一定形状的接收体上成型。通过合理地设计接收体的形状和控制其运动方式,可利用廉价原材料直接制备出具有快速凝固组织特征,整体致密的圆棒、管坯、板坯、圆盘等不同形状的沉积坯,其制备原理示意图如图1所示。
8 注射成型[7]
8.1热塑性注射成型
陶瓷的注射成型技术是从塑料成型技术发展而来的,是将陶瓷粉料与热塑
性树脂、石蜡、增塑剂、溶剂等加热混匀后或挤出切片造粒后进入注射成型机中经加热熔融后获得塑性在一定的压力下从喷嘴高速喷注人金属模腔内,在极短时
间内冷却固化而得以成型。注射成型可以成型形状复杂的部件,且易于自动化和大规模生产,并且具有高的尺寸精度和均匀的显微结构。但是注射成型有机载体含量较高,在烧结之前必须进行素坯的脱脂,大型坯件常会导致有机物的富集和颗粒的重排,使坯体均匀性变差,易于
开裂,所以这是目前采用注射成型工艺时函待解决的问题。
8.2水溶液注射成型
水溶液注射成型是在逐步克服传统注射成型缺点的基础上发展起来的成型技术。其原理是通过将陶瓷粉料、有机载体、分散剂及润滑剂等混合配制成均匀分散的陶瓷浆料,经注射后有机体在模具中转变为胶凝态而固化。有机载体为水溶性的聚合物,如琼脂,琼脂糖等。成型前陶瓷浆料中的陶瓷悬浮体需要充分分散,一般采用添加分散剂的方法来实现。
8.3气体辅助注射成型
气体辅助注射成型是在传统注射成型的基础上发展起来的一种新技术,其基本工艺过程是先向模具型腔里预注人固定量的成型物料,再将可控制的高压惰性气体一般为氮气由喷嘴注人模具型腔内,以气体推动物料完成模具型腔的充填。当充填过程完成以后,进行保压,以解决物料冷却过程中的体积收缩。开模前应抽出注人的气体以防开裂,脱模后得到成型体。
三陶瓷成型方法的发展趋势
本世纪80年代以来,陶瓷成型工艺受到人们的高度重视,相继产生了一系列新颖的成型技术。不同的成型技术有各自不同的优点,但同时也都有一定的局限性。总的来说,以下几方面将成为二十一世纪陶瓷成型工艺发展的主流:
第一,低粘度高固含量粉体浆料的制备。低粘度将使浆料浇注顺利进行,而且低粘度还是成型复杂形状陶瓷部件的要求;高固含量是提高素坯密度和强度的基础,高密度的坯体可降低烧结
温度,减小收缩率,避免坯体在烧结过程可能产生的变形、开裂等缺陷。实现低粘度高固含量粉体浆料的制备要综合考虑多种因素的作用,例如对原料粉体进行适当的表面改性,降低高价反离子杂质浓度,引入高效的分散剂等。
第二,脱脂问题。由于成型工艺大多需要加入不同量的粘接剂、分散剂等有机添加剂,因而在烧结之前常需脱脂,而脱脂过程将会引起坯体开裂等缺陷,因此要尽量避免脱脂过程。目前解决这一问题的有效途径是在满足坯体强度和密度的前提下,不用或尽量少用有机添加剂。
第三,净尺寸原位凝固技术。高性能陶瓷是一种脆性的难加工材料,净尺寸成型可以减少烧结体的机加工量,而原位凝固技术使得坯体在固化过程中避免收缩,浆料进行原位固化,这样就避免了浆料在固化过程中可能引起的浓度梯度等缺陷,从而为成型坯体的均匀性和可靠性提供保证。
第四,成本问题。从陶瓷生产过程的各个环节入手,进行低成本陶瓷材料的研究开发将是二十一世纪陶瓷材料领域面临的最艰巨的任务,其中,连续化、自动化的成型工艺将是解决这一问题的有力手段之一。
参考文献
[1] 周竹发,王淑梅,吴铭敏陶瓷现代成型技术的研究进展[J].中国陶瓷，2007.43（12）:3-7
[2] 刘学建,黄莉萍,古宏晨,符锡仁陶瓷成型方法研究进展[J].陶瓷学报，1999.20（4）230-233
[3]李懋强.关于陶瓷成型工艺的讨论[J].硅酸盐学报,2001,29(5):4692470.
[4]崔学民,欧阳世翕.先进陶瓷快速无模成型方法研究的进展[J].陶瓷,2001,152(4):9210.
[5]庄志强,王剑,刘勇,等.陶瓷成型新方法及其应用的研究[J].陶瓷研究与职业教育,2004,2(1):43247.
[6]陈学文,刘维良,陈建华,等.高性能陶瓷原位凝固成型技术的研究进展[J].陶瓷学报,2005,26(4):2902293.
[7]司文捷.直接凝固注模成型Si3 N4及SiC陶瓷基本原理及工艺过程[J].硅酸盐学报,1996,24(1):32237.
陶瓷凝胶注模成型
凝胶注模成型工艺研究 夏培 (天津大学材料科学与工程学院，教育部先进陶瓷与加工重点实验室，天津300072) 摘要：凝胶注模成型是一种优于传统成型工艺的先进陶瓷成型方法，为净尺寸高性能复杂形状陶瓷的制备提供了有效的技术途径。本文对陶瓷凝胶注模成型的原理、工艺、成型体系、特点等进行了简单的概论介绍,综述了目前凝胶注模成型的研究现状、存在的问题和应用情况并展望了发展趋势。 关键词：凝胶注模；研究现状；问题与展望 Study on the gel-casting XIA Pei (Key Laboratory of Advanced Ceramics and Machining Technology, Ministry of Education, college of Material Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, Tianjin, China) Abstract: Gel-casting process is an advanced manufacturing technology for ceramic forming, which is superior to the traditional one, and has provided an effective approach to prepare high performance net size ceramics with complicated shapes. The principles,procedures,forming system and character of gel-casting are simply discussed in this paper, moreover, the present research process,problems as well as applications are also included. Finally, the tendency of this technology is forecasted in a dialectical way. Key words: gel-casting; present research; problems and prospects
陶瓷胶态注射成型技术
陶瓷胶态注射成型技术 摘要：结合注射成型和凝胶注模成型技术的优点，发明了陶瓷胶态注射成型技术，实现了水基非塑性浆料的注射成型。经过研究表明：通过调节工艺中的各项参数和添加适当的助剂，可以实现陶瓷浆料的可控固化；加入应力缓释剂调节高分子网络结构，能有效降低坯体中的内应力，制备出大尺寸陶瓷部件；利用胶态注射成型技术与设备，不仅能实现规模化大批量生产，而且产品具有较高的可靠性，具有广阔的应用前景。 关键词：胶态注射成型；水基非塑性浆料；可控固化；内应力；应力缓释剂 Colloidal Injection Molding of Ceramics Abstract：Colloidal injection molding of ceramics(CIMC) is a new ceramic forming technique，which combines the advantages of gel-casting and injection molding, to achieve a non-plastic water-based slurry injection．After the study show that；all kinds of lectors which effect solidification of slurry is studied and then we can control solidification course．Internal stress of green body is also studied and large-size ceramic component can be got by adding moderator．So high performance ceramics with complex shape is manufactured by CIMC technique with high reliability，high automation and low cost． Key words：colloidal injection molding；injection molding；controllable solidification；stress；stress release agent 引言 随着技术的进步，高性能陶瓷以其优异的耐高温、高强度、耐磨损、耐腐蚀等性能和优点被广泛地应用于工业、国防、机械、石油、汽车、家用电器等各个领域的候选材料。 高性能陶瓷产业化关键在于提高产品性能可靠性和降低其制造成本，而陶瓷材料可靠性及其制造成本与制备工艺密切相关，围绕这两个关键问题，近二三十年来，新的陶瓷粉体制备工艺、成型工艺及烧结工艺的研究逐渐成为陶瓷材料研究领域的新热点。其中成型工艺作为制备高性能陶瓷材料及部件的关键技术，它不仅是材料设计和材料配方实现的前提，而且是降低陶瓷制造成本，提高材料可靠性尤为重要的环节，已逐渐成为陶瓷材料制备科学研究的主流。 1 高性能陶瓷产业化应用的困局 目前高性能陶瓷的应用面临的两大问题是陶瓷的制造成本高和使用性能的 可靠性差。由于陶瓷的制造成本高，从而导致产品的价格高，无法与金属及其复合材料竞争，因此目前只能用于一些特殊领域。 高技术陶瓷由于硬度高质脆，不像金属那样可以加工成各种各样的形状，其中陶瓷机加工的成本几乎占到陶瓷制造成本的1／3— 2／3，主要是因为陶瓷部件的成型很难达到近净尺寸成型。 原因在于传统的陶瓷注射成型技术来源于高分子材料的注塑成型，将大量的高分子粘结剂与陶瓷粉体混练在一起，然通过注射成型机制备各种复杂形状的陶瓷零部件。因此，采用传统陶瓷制备工艺和装备很难获得显微结构均匀、无缺陷和近净尺寸陶瓷部件。 另外，陶瓷材料的性能分散性大，即陶瓷材料的可靠性差，特别是结构陶瓷
快速成型技术的现状和发展趋势
快速成型技术的现状和发展趋势 1 快速成型技术的基本成型原理 近十几年来，随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈。尤其是计算机技术的迅速普遍和CAD/CAM技术的广泛应用，使得快速成型技术 (Rapid Prototyping简称RP)得到了异乎寻常的高速发展，表现出很强的生命力和广阔的应用前景。 传统的加工技术是采用去材料的加工方式，在毛坯上把多余的材料去除，得到我们想要的产品。而快速成型技术基本原理是:借助计算机或三维扫描系统构建目标零件的三维数字化模型,之后将该信息传输到计算机控制的机电控制系统,计算机将模型按一定厚度进行“切片”处理,即将零件的3D数据信息离散成一系列2D轮廓信息,通过逐点逐面的增材制造方法将材料逐层堆积,获得实体零件,最后进行必要的少量加工和热处理,使零件性能、尺寸等满足设计要求。。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。 目前，快速成形的工艺方法已有几十种之多，大致可分为7大类，包括立体印刷、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积成型、三维焊接、三维打印、数码累积成型等。其基本的原理如下图所示。 图1 快速成型原理示意图 2 快速成型技术在产品开发中的应用 不断提高RP技术的应用水平是推动RP技术发展的重要方面。目前，交通大学机械学院，快速成型国家工程研究中心，教育部快速成型工程研究中心快速成
型技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展，其应用领域将不断拓展。RP技术的实际应用主要集中在以下几个方面： 2.1 用于新产品的设计与试制。 （1）CAID应用: 工业设计师在短时间得到精确的原型与业者作造形研讨。 （2）机构设计应用: 进行干涉验证，及提早发现设计错误以减少后面模具修改工作。 （3）CAE功效:快速模具技术以功能性材料制作功能性模具，以进行产品功能性测试与研讨。 （4）视觉效果：设计人員能在短时间之便能看到设计的雛型，可作为进一步研发的基石。 （5）设计确认:可在短时间即可完成原型的制作，使设计人员有充分的时间对于设计的产品做详细的检证。 （6）复制于最佳化设计：可一次制作多个元件，可使每个元件针对不同的设计要求同时进行测试的工作，以在最短时间完成设计的最佳化。 （7）直接生产: 直接生产小型工具，或作为翻模工具 2.2 快速制模及快速铸造 快速模具制造传统的模具生产时间长，成本高。将快速成型技术与传统的模具制造技术相结合，可以大大缩短模具制造的开发周期，提高生产率，是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。快速成形技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种，直接制模是指采用RP技术直接堆积制造出模具，间接制模是先制出快速成型零件，再由零件复制得到所需要的模具 2.3 机械制造 由于RP技术自身的特点，使得其在机械制造领域，获得广泛的应用，多用于制造单件、小批量金属零件的制造。有些特殊复杂制件，由于只需单件生产，或少于50件的小批量，一般均可用RP技术直接进行成型，成本低，周期短。2.4 医疗中的快速成形技术 在医学领域的应用近几年来，人们对RP技术在医学领域的应用研究较多。以医学影像数据为基础，利用RP技术制作人体器官模型，对外科手术有极大的应用价值。 2.5 三维复制 快速成形制造技术多用于艺术创作、文物复制、数字雕塑等。 2.6 航空航天技术领域 航空航天产品具有形状复杂、批量小、零件规格差异大、可靠性要求高等特点，产品的定型是一个复杂而精密的过程，往往需要多次的设计、测试和改进，耗资大、耗时长，而快速成型技术以其灵活多样的工艺方法和技术优势而在现代航空航天产品的研制与开发中具有独特的应用前景。
特种陶瓷制备工艺..
特种陶瓷材料的制备工艺 10材料1班 王俊红，学号：1000501134 摘 要：介绍粉末陶瓷原料的制备技术、特种陶瓷成形工艺、烧结方法。 目前，特种陶瓷中的粉末冶金陶瓷工艺已取得了很大进展，但仍有一些急需解决的问题。 当前阻碍陶瓷材料进一步发展的关键之一是成形技术尚未完全突破。 压力成形不能满足形状复杂性和密度均匀性的要求。 多种胶体原位成形工艺，固体无模成形工艺以及气相成形工艺有望促使陶瓷成形工艺获得关键性突破。 关键词：特种陶瓷；成形；烧结；陶瓷材料 前言：陶瓷分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类， 特种陶瓷是以人工化合物为原料（如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物及氟化物等）制成的陶瓷。 它主要用于高温环境、机械、电子、宇航、医学工程等方面，成为近代尖端科学技术的重要组成部分。 特种陶瓷作为一种重要的结构材料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，无论在传统工业领域，还是在新兴的高技术领域都有着广泛的应用。 因此研究特种陶瓷制备技术至关重要。 正文：特种陶瓷的生产步骤大致可以分为三步：第一步是陶瓷粉体的制备、第二步是成形，第三步是烧结。 特种陶瓷制备工艺流程图 一、 陶瓷粉体的制备 粉料的制备工艺(是机械研磨方法，还是化学方法)、粉料的性质(粒度大小、形态、尺寸分布、相结构)和成形工艺对烧结时微观结构的形成和发展有着巨大的影响，即粉末制备 坯料制备 成型 干燥 烧结 后处理 热压或热等静压烧结 成品
陶瓷的最终微观组织结构不仅与烧结工艺有关，而且还受粉料性质的影响。由于陶瓷的材料零件制造工艺一体化的特点，使得显微组织结构的优劣不单单影响材料本身的性能，而且还直接影响着制品的性能。陶瓷材料本身具有硬、脆、难变形等特点。因此，陶瓷材料的制备工艺显得更加重要。由于陶瓷材料是采用粉末烧结的方法制造的，而烧结过程主要是沿粉料表面或晶界的固相扩散物质的迁移过程。因此界面和表面的大小起着至关重要的作用。就是说，粉末的粒径是描述粉末品质的最重要的参数。因为粉末粒径越小，表面积越大，单位质量粉末的表面积(比表面积)越大，烧结时进行固相扩散物质迁移的界面就越多，即越容易致密化。制备现代陶瓷材料所用粉末都是亚微米(＜lμm)级超细粉末，且现在已发展到纳米级超细粉。粉末颗粒形状、尺寸分布及相结构对陶瓷的性能也有着显著使组分之间发生固相反应，得到所需的物相。同时，机械球磨混合无法使组分分的影响。粉末制备方法很多，但大体上可以归结为机械研磨法和化学法两个方面。 传统陶瓷粉料的合成方法是固相反应加机械粉碎(球磨)。其过程一般为：将所需要的组分或它们的先驱物用机械球磨方法（干磨、湿磨）进行粉碎并混合。然后在一定的温度下煅烧。由于达不到微观均匀，而且粉末的细度有限（通常很难小于 l μm 而达到亚微米级），因此人们普遍采用化学法得到各种粉末原料。根据起始组分的形态和反应的不同，化学法可分为以下三种类型： 1.固相法： 化合反应法：化合反应一般具有以下的反应结构式： A(s)+B(s)→C(s)+D(g) 两种或两种以上的固态粉末，经混合后在一定的热力学条件和气氛下反应而成为复合物粉末，有时也伴随一些气体逸出。 钛酸钡粉末的合成就是典型的固相化合反应。等摩尔比的钡盐BaCO3和二氧化钛混合物粉末在一定条件下发生如下反应： BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑ 该固相化学反应在空气中加热进行。生成用于PTC制作的钛酸钡盐，放出二氧化碳。但是，该固相化合反应的温度控制必须得当，否则得不到理想的、粉末状钛酸钡。 热分解反应法：
金属或陶瓷粉末注塑成型工艺
来源于：注塑塑胶网https://www.wendangku.net/doc/2f12162036.html, 金属或陶瓷粉末注塑成型工艺 使用金属或陶瓷粉末通过注塑成型工艺生产复杂零件 如今，使用粉末材料的注塑成型技术主要用于制造工业用复杂组件。粉末注塑成型是除了其它成型工艺（精密铸造和轴向或均衡压制）外的另一种可供选择的工艺。 近年来，用陶瓷或金属粉末来制造注塑成型零件的应用领域主要包括汽车工业、刀具工业、磁体生产、纺织工业、钟表工业、家居用品、精密工程、医疗和牙科技术以及陶瓷工业。 在 ARBURG PIM 实验室，客户可以通过实际观看样品生产来了解粉末注塑的优点。 表1: 金属和陶瓷组件的典型公差 粉末注塑成型技术使组件的批量生产成为可能，因为采用机械加工或压制技术进行批量生产已经不再是一种经济有效的方式。注塑成型技术使组件的设计和制造过程具有几乎无限的自由度。 粉末注塑成型制造过程包括成型零件的初始注塑成型、脱脂和烧结。组件公差由以下重要因素确定： ● 粘合剂含量 ● 粉末特性 ● 混合过程 ● 注塑成型参数 ● 重力变形 ● 在烧结托盘上的滑动性能 可用材料范围广泛 原则上，所有细颗粒、可烧结的粉末都可以和相应的粘合剂混合并在注塑机上加工。包括氧化陶瓷、金属、碳化物及氮化物。 由于混合和注塑设备在处理粉末材料的过程中会受到较强磨损，因此建议选择粒度尽可能小的粉末。较细的粉末可降低表面粗糙度，从而在加工过程中降低磨损并提高生坯强度。各种粉末材料的性能范围如表3中所示。 表2: 在严格的公差范围内的高重复性 粘合剂使粉末可用来注塑 对粘合剂最重要的要求是：脱脂过程中的尺寸稳定性、良好的保存特性、不与粉末材料发生反应、很高的零件强度、良好的脱模特性、热稳定性和在脱脂过程中易于去除并可完全去除。 粘合剂与粉末颗粒之间的粘附力还应尽可能高，以便在注塑过程中增高压力不会使两个组份分离，而导致填充的零件不均匀。为了获得良好的注塑成型特性并以低收缩率获得均匀的烧结质量，建议采用球形粉末。
快速成型技术及应用论文
基于激光快速成型技术的金属快速成型技术 摘要:文章详细介绍了金属粉末快速成型的研究现状 ,分析了金属粉末选择性激光烧结的工艺特点,对这些工艺的影响因素进行了讨论。 关键词：选区激光烧结;金属零件;影响因素。 引言 快速制造 (Rapid Manufacturing) 金属零件一直受到国内外的广泛重视 , 是当今快速成型领域的一个重要研究方向。到目前为止 ,用于直接成型金属材料、制备三维金属零件的技术主要有激光近形制造与金属粉末的选择性激光烧结技术。激光近形制造(LENS) ,又称激光熔覆制造或熔滴制造 ,它将激光熔覆工艺与激光快速成型技术相结合 , 利用激光熔覆工艺逐层堆积累加材料，形成具有三维形状的三维结构。在该方面 ,美国的Aeromet、德国的汉诺威激光中心以及清华大学激光加工研究中心等均进行了大量的研究 , 并得到了具有一定形状的三维实体零件。有异于激光近形制造 ,选择性激光烧结则有选择地逐层烧结固化粉末金属得到三维零件。在这一领域，美国的DTM丶德国的汉诺威激光中心等进行了多元金属的烧结研究。就选区激光烧结(SelectiveLaser Sintering , SLS)而言 ,根据成型用金属粉末的不同 , 人们又开发出多种工艺途径来实现金属零件的烧结成型 ,主要有三种途径:一是利用金属粉末与有机粘结剂粉末共混粉体的间接烧结，金属粉末与有机粘结剂粉末均匀共混，烧结中，低熔点的粘结剂粉末熔化并将高熔点的金属粉末粘结，形成原型(“绿件”)，经后处理，烧失粘结剂，形成“褐件”，最后通过金属熔渗工艺得到致密的金属件；二是利用金属混合粉末的直接烧结 , 其中一种粉末具有较低的熔点(如铜粉) ,另一种粉末熔点较高 (如铁粉) ,烧结中低熔点的金属粉末铜熔化并将难熔的铁粉粘结在一起 , 这种方法同样需要较大功率激光器；三是利用单一成分金属粉末的直接烧结,这种方法目前主要用于低熔点金属粉末的烧结，对熔点高的金属粉末，需采用大功率激光器。本文分别对上述的间接和直接烧结成型工艺进行了初步的研究。 1 SLS的烧结原理 激光选择性烧结快速成型技术是使用激光束熔化或烧结粉末材料 ,利用分层的思想 ,把计算机中的 CAD 模型直接成型为三维实体零件。它的创新之处在于将激光、光学、温度控制和材料相联系。SLS烧结原理如图1所示，烧结过程可分为三部分: (1)首先在粉体床上铺一薄层粉体 , 并压实 , 可以根据需要 ,在激光烧结前进行预热; (2)激光照射粉体层 ,烧结粉体，形成所设计零件一层的形状；(3) 粉体床下降一个薄层厚度的距离;重复上面的过程 ,直到原型零件完成。 SLS对粉末烧结的明显优势在于: (1) 和其它的加工方法比较，能获得优良的材料性能，同时，它的加工材料范围比较宽 (聚合物、金属、陶瓷、铸造砂等)；(2) 易于实现液相烧结 , 烧结周期比较短; (3) 比传统的烧结方法更易得到密实的以粉末金属为原料的产品；(4)工艺比较简单 , 烧结路线、烧结温度便于控制。
快速成型技术的发展和应用
快速成型技术的发展和应用 摘要：科技飞速发展的今天，人类对制造业也提出了更高的要求，行业竞争也日趋激烈。 快速成型技术也应运而生，并且展现了它强大的生命力和广阔的应用前景。目前，快速成型技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展，其应用领域将不断拓展。 The rapid development of science and technology today, the human is put forward higher requirements on manufacturing, industry competition is increasingly fierce. Rapid prototyping technology also arises at the historic moment, and shows its strong vitality and broad application prospects. At present, the modelling of rapid prototyping technology has been in the industry, machinery manufacturing, aerospace, military, architecture, film and television, home appliances, light industry, medicine, archaeology, cultural art, sculpture, jewelry, and other fields has been widely used. And with the development of the technology itself, and will continue to expand its application field. 关键词：快速成型，堆积法，高集成性、高柔性、高速性，自动、直接、快速、精确。 前言： 21世纪是以知识经济和信息社会为特征的时代，随着科学技术的发展和社会需求的多样化，全球统一市场和经济全球化的逐步形成，产品的竞争更加激烈。在工业化的国家中，60%—80%的财富是由制造业提供的。制造业是衡量一个国家实力水平的重要标志之一，也是创造社会财富和国民经济赖以生存发展的重要支柱产业。 现代制造已不仅仅是机械制造，而且具有大制造，全过程，多科学的新特点。大制造应包括机电产品的制造，工业流程制造，材料科学制造等等，所以它是一个广义的制造概念。 我国在先进制造技术方面和国外有比较大的差距，特别是我国制造业的自动化，信息化水平不高。大力发展和应用先进制造技术，勇气改造传统产业和形成高技术，提升我国制造业得产业结构，产品结构和组织结构，增强其技术创新能力，产品开发，和市场竞争能力。是制造业，特别是机械制造业走出困局的关键性措施。这样才能保证我们世界工厂地位的确立，实现由制造业大国向制造业强国的转变。 快速成型技术的诞生 快速成型技术作为一个专用名词在20世纪80年代末期，美国为了加强其制造业的竞争力与促进国民经济的增长，根据其制造业面临的挑战与机遇，并对其制造业存在的问题进行深刻反省提出来的。快速成型技术是集成制造技术，电子技术，信息技术，自动化技术，能源晕技术，材料科学以及现在管理技术等众多技术的交叉，融合和渗透而发展起来的，涉及到制造业中的产品设计，加工装配，检验测试，经营管理等产品生命周期全过程，已实现优质，高效，低耗，清洁，灵活生产，提高对动态多变，细分的市场的适应能力和竞争能力的一项综合技术。 快速成型技术是顺应这一潮流而出现的先进制造技术，它能自动，直接，快速，精确的将设计思想物转化具有一定功能的原型或直接制造零件，快速成型技术是先进制造技术的重要组成部分，也是制造技术在制造理论的一次革命性飞跃，快速成型技术目前在美国，欧洲，日本等地已被广泛应用，受到制造业界及各类用户的普遍重视。 世界上第一台快速成形机于自1988年诞生于美国。快速成型制造技术是国外20世纪80年
陶瓷注射成型技术
陶瓷注射成型 刘明亮 （武汉理工大学材料学院武汉市湖北省430000） 摘要：陶瓷注射成型是一种近净尺寸陶瓷可塑成型方法，是当今国际上发展最快、应用最广的陶瓷零部件精密制造技术。详细阐述了陶瓷注射成型技术的关健因素，重点介绍了粘结剂、注射成型及脱脂等关健工艺及其研究现状，并在此基础上评价和展望了该技术的发展前景。 关键词：陶瓷注射成型；粘结剂；脱脂；现状 Ceramic Injection Molding Liu mingliang Abstract: Ceramic injection molding (CIM) is a near-net-shape forming process for fabricating ceramic components, which is extensively used in fabricating parts with high precision and complex shape and received great attention now. In this paper, the key steps of CIM are detailedly reviewed. Their research status and the techno1ogies involved including binder，injection process，debinding and so on are discussed. At last, the development of injection molding technology is also evaluated. Keywords:ceramic injection molding; binder; debinding; status 20世纪以来，特别是二次世界大战以后，随着原子能工业的兴起和电子工业的迅速发展，对于材料的高温、高耐磨、多功能等性能要求越来越苛刻，而先进的工程陶瓷所具有的优点基本上能满足上述的苛刻条件。如：高性能结构陶瓷以其优异的耐高温、高强度、耐磨损与耐腐蚀等优良性能，被作为陶瓷发动机零部件的候选材料; 还有许多高导热性、绝缘性能良好、光学性能优良的功能陶瓷，在信息转换、存储、传递和处理方面，应用日益广泛。在未来的产业领域中，工程陶瓷将更广泛的取代现代金属材料，成为材料科学中的重要角色。 在陶瓷材料的制备工艺过程中，成形过程是一个重要环节。成形过程就是将分散体系（粉料、塑性物料、浆料）转变成为具有一定几何形状和强度的块体，也称素坯。由于陶瓷材料本身固有的脆性和一些特殊陶瓷材料的高硬度，如采用传统粉末冶金工艺，即先将粉末压制成形，再进行机械加工的方法，成本高且难以制备体积微小、形状复杂、尺寸精度高的陶瓷零部件，而采用注射成形技术，由于坯体的成形形状接近制品的最终形状，使这一问题得到了解决。特别是对于尺寸精度高、复杂形状陶瓷制品的大批量生产来说，陶瓷的注射成形(Ceramic injection molding，CIM) 更有着显著的优势，它可一次性成形复杂形状制品，产品尺寸精度高，无需机械加工或只需微量加工，易于实现生产自动化且产品性能优异。 陶瓷注射成型技术(CIM)类似于20世纪70年代发展起来的金属注射成型(MIM)技术，它们均是粉末注射成型(PIM)技术的主要分支，均是在聚合物注射成型技术比较成熟的基础上发展而来的，是当今国际上发展最快、应用最广的陶瓷零部件精密制造技术[l,2]。 1 CIM流程路线及技术特点 1.1 注射成型工艺路线
快速成型技术及其发展综述
计算机集成制造技术与系统——读书报告 题目名称： 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导老师
快速成型技术及其发展 摘要：快速成型技术兴起于20世纪80年代，是现代工业发展不可或缺的一个重要环节。本文介绍了快速成型技术的产生、技术原理、工艺特点、设备特点等方面，同时简述快速成型技术在国内的发展历程。 关键词：快速成型烧结固化叠加发展服务 1 快速成形技术的产生 快速原型（Rapid Prototyping，RP）技术，又称快速成形技术，是当今世界上飞速发展的制造技术之一。快速成形技术最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，美国3M公司的阿伦赫伯特于1978年、日本的小玉秀男于1980年、美国UVP公司的查尔斯胡尔1982年和日本的丸谷洋二1983年，在不同的地点各自独立地提出了RP的概念，即用分层制造产生三维实体的思想。查尔斯胡尔在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为Stereolithography Apparatus (SLA)的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。同年，查尔斯胡尔和UVP的股东们一起建立了3D System公司。与此同时，其它的成形原理及相应的成形系统也相继开发成功。1984年米歇尔法伊杰提出了薄材叠层（Laminated Object Manufacturing，以下简称LOM）的方法，并于1985年组建Helisys 公司，1992年推出第一台商业成形系统LOM-1015。1986年，美国Texas大学的研究生戴考德提出了选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)的思想，稍后组建了DTM 公司，于1992年开发了基于SLS的商业成形系统Sinterstation。斯科特科瑞普在1988年提出了熔融成形(Fused Deposition Modeling，简称FDM)的思想，1992年开发了第一台商业机型3D-Modeler。 自从80年代中期SLA光成形技术发展以来到90年代后期，出现了几十种不同的RP技术，但是SLA、SLS和FDM几种技术，目前仍然是RP技术的主流，最近几年LJP（立体喷墨打印）技术发展迅速，以色列、美国、日本等国的RP设备公司都力推此类技术设备。 2基本原理 快速成形技术是在计算机控制下，基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料，最终完成零件的成形与制造的技术。 1、从成形角度看，零件可视为“点”或“面”的叠加。从CAD电子模型中离散得到“点”或“面”的几何信息，再与成形工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。 2、从制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制多维系统，通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。 3快速成型技术特点 RP技术与传统制造方法（即机械加工）有着本质的区别，它采用逐渐增加材料的方法（如凝固、焊接、胶结、烧结、聚合等）来形成所需的部件外型，由于RP技术在制造产品的过程中不会产生废弃物造成环境的污染，（传统机械加工的冷却液等是污染环境的），因此在当代讲究生态环境的今天，这也是一项绿色制造技术。 RP技术集成了CAD、CAM、激光技术、数控技术、化工、材料工程等多项技术，解决了传统加工制造中的许多难题。 RP技术的基本工作原理是离散与堆积，在使用该技术时，首先设计者借助三维CAD或者
快速成型技术及原理
RP技术简介 快速原型制造技术，又叫快速成形技术，（简称RP技术）； 英文：RAPID PROTOTYPING（简称RP技术），或 RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING，简称RPM。 快速成型（RP）技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。 RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。 RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。RP技术的基本原理是：将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结一层接一层的粉末材料（或固化一层又一层的液态光敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。 快速成型机的工艺 立体光刻成型sla 层合实体制造lom 熔融沉积快速成型fdm 激光选区烧结法SLS 多相喷射固化mjs 多孔喷射成型mjm 直接壳法产品铸造dspc 激光工程净成型lens 选域黏着及热压成型SAHP 层铣工艺lmp 分层实体制造som 自美国3D公司1988年推出第一台商品SLA快速成形机以来，已经有十几种不同的成形系统，其中比较成熟的有SLA、SLS、LOM和FDM等方法。其成形原理分别介绍如下： （1）SLA（光固化成型法）快速成形系统的成形原理： 成形材料：液态光敏树脂； 制件性能：相当于工程塑料或蜡模；
快速成型技术的原理
快速成型技术的原理、工艺过程及技术特点： 1 快速成型介绍 RP技术简介 快速原型制造技术，又叫快速成形技术，（简称RP技术）； 英文：RAPID PROTOTYPING（简称RP技术），或 RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING，简称RPM。 快速成型（RP）技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。 RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。 RP技术的优越性显而易见：它可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计（CAD）数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型。因此，RP技术的推广应用可以大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量。由传统的"去除法"到今天的"增长法"，由有模制造到无模制造，这就是RP技术对制造
业产生的革命性意义。 2、它具体是如何成形出来的呢？ 形象地比喻：快速成形系统相当于一台"立体打印机"。 快速成型属于离散／堆积成型。它从成型原理上提出一个全新的思维模式维模型，即将计算机上制作的零件三维模型，进行网格化处理并存储，对其进行分层处理，得到各层截面的二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自动生成加工路径，由成型头在控制系统的控制下，选择性地固化或切割一层层的成型材料，形成各个截面轮廓薄片，并逐步顺序叠加成三维坯件．然后进行坯件的后处理，形成零件。 快速成型的工艺过程具体如下： l ）产品三维模型的构建。由于 RP 系统是由三维 CAD 模型直接驱动，因此首先要构建所加工工件的三维CAD 模型。该三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件（如Pro/E , I-DEAS , Solid Works , UG 等）直接构建，也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型，或对产品实体进行激光扫描、 CT 断层扫描，得到点云数据，然后利用反求工程的方法来构造三维模型。 2 ）三维模型的近似处理。由于产品往往有一些不规则的自由曲面，加工前要对模型进行近似处理，以方便后续的数据处理工作。由于STL格式文件格式简单、实用，目前已经成为快速成型领域的准标准
快速成型技术与试题-答案
试卷 —、填空题 1?快速成型技术是由计算机辅助设计及制造技术、逆向工程技术、分层制造技术（SFF）、材料去除成形（MPR）、材料增加成形（MAP）技术等若干先进技术集成的； 2. 3. 快速成型技术的主要优点包括成本低，制造速度快，环保节能，适用于新产品开发和单间零件生产等 4?光固化树脂成型（SLA的成型效率主要与扫描速度，扫描间隙，激光功率等因素有关 5. 快速成型技术的英文名称为：Rapid Prototyping Manufacturing （RPM），其目前 也被称为：3D打印，增材制造； 6. 选择性激光烧结成型工艺（SLS可成型的材料包括塑料，陶瓷，金属等； 7. 选择性激光烧结成型工艺（SLS工艺参数主要包括分层厚度，扫描速度，体积成型率，聚焦光斑直径等； 8. 快速成型过程总体上分为三个步骤，包括：数据前处理，分层叠加成型（自由成型），后处理； 9. 快速成型技术的特点主要包括原型的复制性、互换性高，加工周期短，成本低，高度技术集成等； 10?快速成型技术的未来发展趋势包括：开发性能好的快速成型材料，改善快速 成形系统的可靠性，提高其生产率和制作大件能力，优化设备结构，开发新的成形能源，快速成形方法和工艺的改进和创新，提高网络化服务的研究力度，实现远程控制等； 11.光固化快速成型工艺中，其中前处理施加支撑工艺需要添加支撑结构，支撑结构的主要作用是防止翘曲变形，作为支撑保证形状； 二、术语解释 1.STL数据模型 是由3D SYSTEM公司于1988年制定的一个接口协议，是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。STL文件由多个三角形面片的定义组成，每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量。stl 文件是在计算机图形应用系统中，用于表示三角形网格的一种文件格式。它的文件格式非常简单，应用很广泛。STL是最多快速原型系统所应用的标准文件 类型。STL是用三角网格来表现3D CAD模型。STL只能用来表示封闭的面或者体，stl文件有两种：一种是ASCII明码格式，另一种是二进制格式。 2■快速成型精度包括哪几部分 原型的精度一般包括形状精度，尺寸精度和表面精度，即光固化成型件在形状、尺寸和表面相互位置三个方面与设计要求的符合程度。形状误差主要有：翘曲、扭曲变形、椭圆度误差及局部缺陷等；尺寸误差是指成型件与CAD模型相比，在x、y、z三个方向上尺寸相差值；表面精度主要包括由叠层累加产生的台阶误差及表面粗糙度等。 3■阶梯误差
陶瓷粉末成型技术的工艺与控制
陶瓷粉末成型技术的工艺与控制 2008-11-5 1:29:52 人们总是希望陶瓷制品，尤其是特种陶瓷是均质的，能满足良好的机、电、热、化学或某种特殊性能要求，并能实现生产自动化、质量可控、性能一致性好的规模化生产。为此，首先要实现陶瓷坯体在粉末成型过程中是均质的或接近均质的。采用干粉压制、等静压成型是近世纪才发展起来的新型粉末成型工艺。为了最大限度实现陶瓷坯体均质化，不仅需要有先进的粉末成型设备，而且还有陶瓷粉体制备的质量，即每个单一粉末颗粒是均质的，而且是可控的。 1.实现坯体均质化途径 无论是干粉压制或等静压成型，由于粉末颗粒之间、粉体与模具壁之间，都存在内外摩擦而导致坯体密度分布不均匀，尤其是干粉压制，在压制方向上，压力随高度变化而呈指数衰减，形成一个密度梯度，确实很难达到坯体密度上下一致。其次，粉体本身颗粒为满足压制成型所需的粉末成型特性，需要添加一定量的添加剂，它们在每个单一颗粒中是否均匀，也是影响坯体均质的重要因素。 1.1压制方式 影响压坯密度的因素很复杂，除粉体本身特性外，主要有坯体形状和大小、压制件的侧正面积比、压制压力、模具粗糙度、润滑条件以及压制方式和粉末在模具中运动的摩擦系数等都起重要作用。实践证实等静压成型优于干粉压制，湿等静压优于干袋式等静压。现在国际流行的全自动干粉压机结构上采用强制双向拉下压制的曲柄连杆机构，图1给出典型压制过程中上下模头和凹模的运动轨迹，当上模头和凹模同时向下时实现反压，能最大限度地使坯体各部密度均匀。
图1典型压制过程中上下模头和凹模的运动轨迹 很多制品并非简单的等厚坯件，厚薄不一致，甚至有多个台阶，图2给出异形制品成型时模具各部件在压机中的运动轨迹。达到各部位厚度不一样按成型要求密度分层加料，以求成型后坯体各部位基本一致。关于压制成型技术，应视工件形状选择加料方式、上下模头压制次数、压制线的位置以及是否采用保护脱模，即使是1mm厚的制品，也应采用双面压制，也存在压制线位置，即上下压力的调整，且有利于烧成时坯体平整。有关陶瓷压片机设备使用可参阅有关设备说明书。 1.2粉体制备 无论干粉压制或等静压成型均要求粉料呈颗粒状，有较好的流动性；颗粒有一定的强度，以免在运输和加料过程中破碎；有一定的颗粒级配，加料时实现紧密堆积；具有一定的粘结特性和润滑特性，颗粒之间不应相互粘结等造粒特性。 为了达到上述特性要求，无论采用哪种造粒方式，往陶瓷原料中添加各种辅助材料是必然的，这些材料既不能影响坯料组分，又要求它们能均匀分布在每一个粉末颗粒中，从微观上讲是均质的。辅助材料通常有以下几种： 图2 异形制品成型 时候具备部件在机中的运动轨迹 (1)聚乙烯醇：不要以为喷雾造粒就一定能得到均质的粉体，粘结剂选择与搭配是关键。我们希望粘结剂能均匀分给每个粒子，在颗粒内形成的微观结构是均质化的事实上，如果仅往坯料中加入单一的聚乙烯醇作为结合剂，造粒后颗粒表面坚硬，有凹坑，在压制过程中往往存在大量颗粒间隙，坯体难以密实，这种粉末从颗粒上讲就是非均质的。 (2)水溶性聚合物：陶瓷用粘结剂一般采用水溶性聚合物，经验证明往高聚合度粘结剂材料中添加少量低分子粘结剂混合使用，有利于改善粉料颗粒形状和松装密度。实践证明聚乙烯醇是特性最好的粘合剂，但并不能获得最理想的颗粒形状和松装密度，添加少量水溶性低聚合物，如淀粉类及其衍生物，有较好的效果。
陶瓷成型技术
陶瓷成型技术 摘要: 成型技术是制备陶瓷材料的一个重要环节。陶瓷制造经历数千年历史,直到20世纪中叶因为烧结理论的创立获得了飞速发展。上世纪七八十年代关于超细粉体制备和表征的发展,促使陶瓷工艺第二次大发展。当前阻碍陶瓷材料进一步发展的关键之一是成型工艺技术没有突破.压力成型不能满足形状复杂性和密度均匀性的要求。本文评述了国内外陶瓷现代成型技术，讨论了上述成型方法的基本原理和特点。 关键词：陶瓷, 成型, 技术，进展 一引言 成型工艺是陶瓷材料制备过程的重要环节之一,在很大程度上影响着材料的微观组织结构,决定了产品的性能、应用和价格[1]。过去,陶瓷材料学家比较重视烧结工艺,而成型工艺一直是个薄弱环节,不被人们所重视。现在,人们已经逐渐认识到在陶瓷材料的制备工艺过程中,除了烧结过程之外,成型过程也是一个重要环节。在成型过程中形成的某些缺陷(如不均匀性等)仅靠烧结工艺的改进是难以克服的，成型工艺已经成为制备高性能陶瓷材料部件的关键技术,它对提高陶瓷材料的均匀性、重复性和成品率,降低陶瓷制造成本具有十分重要的意义。本文简单回顾了陶瓷成型方法的发展及技术特点。 二成型方法 1 胶态浇注成型[2] 胶态浇注成型是将具有流动性的浆料制成可自我支撑形状的一种成型方法。该法利用浆料的流动性,使物料干燥并固化后得到一定形状的成型体。主要包括以下几种方法: ①注浆成型(Slip Casting) 是将浆料注入具有渗透性的多孔模具(如石膏)中,模具内部的形状即为所需要的素坯形状,利用多孔模具的毛细管力而使液体排除,从而固化。注浆成型的模具要具有一定的强度,吸水性好,吸水速度适中。注浆成型工艺成本低,过程简单,易于操作和控制,但成型形状粗糙,注浆时间较长,坯体密度、强度也不高。80年代中期,人们在传统注浆成型的基础上,相继发展产生了新的压滤成型(Pressure Filtration)和离心注浆成型(Centrifugal Casting),借助于外加压力和离心力的作用,来提高素坯的密度和强度,而且几乎不需要使用有机添加剂,因而避免了注射成型中复杂的脱脂过程,但由于坯体均匀性差,因而不能满足制备高性能高可靠性陶瓷材料的要求 ②流延成型(Tape Casting)〔1-2〕 也称带式浇注,或刀片法(Doctor-blade)。它是将粉料与塑化剂混合得到可流动的粘稠浆料,然后将浆料均匀地流到或涂到转动着的基带上,或用刀片均匀地刷到支撑面上,形成浆膜,干燥后得到一层薄膜,带膜厚度一般为0.01-1mm。60年代中期,由Wentworth等首次将流延法用于铁电材料的浇注成型。此外,它还被广泛用于多层陶瓷、电子电路基板、压电陶瓷等器件的生产中。 随着工业上对更大尺寸、更复杂形状陶瓷零部件需求的不断提高,用注射成型等传统的成型技术来制造已难以实现。它们都受到来自部件壁厚和复杂程度等方面的严重限制。围绕提高陶瓷材料的均匀性和可靠性问题,人们在传统成型工艺的基础上进行了不断深入的研究,并在90年代初期出现了一系列令人耳目一新的原位凝固成型工艺,其中最具代表性也是目前研究最活跃的两种成型方法是注凝成型和直接凝固注模成型,此外还有胶态振动注模成型、温度诱导絮凝成型等,原位凝固成型工艺受到了普遍的重视。 ③注凝成型(Gel Casting)