快速成形技术在陶瓷领域中应用(三)
<p> 2.2FDC</p><p> 美国陶瓷研究中心的Mukesh K.Agarwala等[11]采用FDC工艺制备Si3N4零件,其工作原理与FDM相同。FDM可以用多聚物或蜡的线材作为进给材料由CAD文件逐层生成原型,线材半径通常为1.8mm,送入液化器后变软熔化,再从喷嘴喷出。喷嘴在计算机控制下可作x-y方向水平移动,非固定平台可上下运动。喷嘴压力为1.7MPa,动作原理相当于常用的柱塞挤出装置。喷嘴直径一般为0.2~1.3mm,挤出的材料固化后称之为“路”,“路”宽为喷嘴直径的1.2~1.5倍,路宽可通过调节液化器内螺杆转速控制材料流率来调整。FDM工艺如图2所示。</p>
<p> 将线材换为陶瓷材料即为FDC(Fused Depositon of Ceramics)工艺,工艺关键是制备具有合适热性能和机械性能的线材。已生产出的线材为GS-44,含55vol%Si3N4,粘结剂为四组分RU系列,直径1.8mm。</p>
<p> 他们所用喷嘴直径0.25~0.64mm,路宽0.25~0.75mm,层厚0.25mm,GS-44线材,RU系列粘结剂,熔融温度为100~150℃。成形后,加热至450℃脱去90wt%~95wt%粘结剂,然后放入Al2O3坩锅内加热至500℃脱去剩余粘结剂,再高温气压烧结。GS-44中主要是Si3N4和约10vol%氧化物烧结助剂,高温下氧化物熔化提供液相达到致密化,同时α-Si3N4转化为β-Si3N4。</p>
<p> 将FDC工艺与等静压工艺、挤塑成形工艺进行比较,结果如下表所示。由于成形压力不同,因而FDC坯体密度略低于挤塑成形工艺,烧结体密度也略低。FDC收缩存在各向异性,强度比挤塑成形工艺略高,低于等静压工艺。三者断口形貌相似,FDC工艺缺陷对于强度并无太大影响。目前,FDC工艺主要用于快速成形和熔模精密铸造型壳方面。</p>
<p> 2.3SLS</p>
<p> 由于SLS工艺粉层原始密度低,因而产品密度也低,目前多应用于铸造型壳制造。北京隆源自动成形系统有限公司的冯涛等[12]采用SLS工艺制造铸造型壳。以反应性树脂包覆的陶瓷粉为原料,在SLS烧结过程中,型壳部分成为烧结实体,零件部分仍是未烧结的粉末。烧结完成后,将壳体内部粉末清除干净,再在一定温度下使烧结过程中未完成固化的树脂充分固化,得到型壳。结果表明,型壳强度、透气性和发气量均能满足要求、但表面光洁度仍有待改善。</p>
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