本实用新型属于增材制造技术领域，特别涉及一种光固化陶瓷胚体的快速成型设备。
背景技术：
陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、高强度的特点，广泛应用于机械、电子、航空、航天等领域。陶瓷的生产工艺通常包括陶瓷坯的制备和高温烧结两个步骤。上述步骤的实现需要通过相应的成型设备。传统的制坯工艺包括可塑成型、注浆成型、压制成型等工艺，其中可塑成型是将陶泥人工加工成坯体的工艺，该工艺费时、费力而精度不高；而注浆成型、压制成型是将陶瓷浆料注入模具内部，待浆料定型后，开启模具而获得陶瓷坯体。该成型工艺精度较高，但产品致密度较低、模具成本较高，生产周期较长，并且该制坯工艺只能生产结构规则、脱模方便的陶瓷制品，难以满足形状复杂陶瓷制品的生产。90年代初美国橡树岭国家实验室开发了针对陶瓷坯体的凝胶注模成型工艺，将有机单体、交联剂、引发剂、催化剂加入到陶瓷料浆内，配制成粘度较低、陶瓷粉体含量较高的浆料，通过高压注射成型设备，把料浆注入封闭的模具腔体内，通过对模具进行加热，利用温度引发有机单体发生聚合反应，固化形成陶瓷坯体。该陶瓷坯体具有成型精度好、致密度高、制品的缺陷较少、生产周期短的特点，但该成型工艺所需的注射成型设备及成型模具的成本较高，并且采用该工艺只能生产结构规则，方便脱模的陶瓷制品，对应结构复杂的陶瓷仍难以制备。
中国专利CN104493952 A报道了一种采用凝胶柱模3D打印技术制备陶瓷梯度材料的方法，该方法采用计算机控制的滑台带动挤出头，在样品台表面运动，将光敏陶瓷浆料在样品台表面沉积，浆料中树脂在固化剂的作用下迅速发生固化反应，使料坯快速定型。该设备可实现复杂结构陶瓷制品的制备，但成型速度较慢、制品精度较低。
国内西安交通大学的周伟召开发了一种基于光固化的直接陶瓷成型工艺，采用亚甲基双丙烯酰胺、二氧化硅、分散剂及光引发剂等制备光固化光敏陶瓷浆料，系统的研究了分散剂用量、陶瓷粉粒径、陶瓷粉体积含量等参数，对陶瓷工件SLA光固化成型工艺的影响规律。该成型设备的样品台位于陶瓷浆料内，利用振镜驱动的激光束在陶瓷样品表面进行快速扫描，完成一个切面的成型后，样品台往陶瓷浆料内部下沉一个切片厚度，后由刮板将表面的陶瓷浆料刮平，然后继续进行下一个切面的成型。该设备只适合粘度较小、固含量较低的陶瓷浆料的快速成型，而对于固含量较高、浆料粘度大、流动性差的陶瓷浆料，在样品台下沉过程和刮板刮胶过程，容易造成局部缺胶或模型发生损坏，采用该工艺料浆中陶瓷粉体积含量最高为55％，粉体含量较低对最终陶瓷工件致密度、强度带来影响。因而该成型设备也不能满足高质量陶瓷坯体的制造需求。
中国专利CN104387105A报道了一种3D打印结合反应烧结制备多孔氧化铝陶瓷材料的方法，该方法采用3DP快速成型工艺，在氧化铝陶瓷粉末表面喷涂一定形状的粘结剂，然后用紫外光照射的方法快速实现模型切片的快速成型，但采用该工艺所制备的陶瓷材料孔隙率高对陶瓷的力学性能影响较大，并且利用喷墨打印机在粉体表面进行喷涂粘接剂的速度较慢，生产效率较低。该装置制备的陶瓷坯体也同样存在孔隙率高的问题，此外该装置所采用的大功率激光器价格昂贵，使陶瓷坯体生产成本增加。
因而，开发一种方便可行的陶瓷坯料成型设备，成为提高陶瓷制品质量，拓宽陶瓷制品应用领域的关键。
技术实现要素：
本实用新型以弥补上述现有技术的不足为目的，提供了一种光固化陶瓷胚体的快速成型设备，该设备能够实现陶瓷浆料的输送、刮平、快速固化，并最终实现陶瓷坯体模型的快速成型。
为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：一种光固化陶瓷胚体的快速成型设备，其结构包括光学扫描装置(1)、光敏陶瓷浆料供料装置(4)、成型腔体(3)、余料回收装置(2)及刮料装置(8)。所述光学扫描装置(1)位于成型腔体(3)的上方；所述光敏陶瓷浆料供料装置(4)与成型腔体(3)平行排列；所述余料回收装置(2)与成型腔体(3)连接，成型腔体(3)内部设有样品升降台，样品升降台包括密封圈(5)、金属上面板(6)、金属下面板(7)及直线运动单元(10)，上述各部构成一个活塞，可在成型腔体(3)内运动，带动样品升降台上下运动，进而带动样品(9)向下运动；所述光敏陶瓷浆料供料装置(4)为一个腔体结构，其由密封圈A(13)、金属上面板A(11)、金属下面板A(12)及直线运动单元A(14)构成密封活塞结构，该结构可带动腔体中的升降台来推动装有储料仓内的光敏陶瓷浆料向上运动。
打印过程中，样品升降台下降模型层厚的高度，光敏陶瓷浆料供料装置将光固化光敏陶瓷浆料输送至刮料装置前方，刮料装置向着成型腔体方向运动把光敏陶瓷浆料均匀的涂抹在样品台上，并将多余的光敏陶瓷浆料输送至余料回收装置，随后计算机控制的光学扫描装置发出光线在样品台上进行快速扫描，使光敏陶瓷浆料发生固化并粘接到样品台表面，完成模型的一个切面形状的成型，设备依次循环上述的操作直至完成整个模型的成型。
进一步的刮料装置(8)位于光敏陶瓷浆料供料装置(4)的储料仓上方，与储料仓上端面紧密接触，并可沿储料仓上端面由储料仓一侧向着成型腔体(3)方向运动至余料回收装置(2)处；所述光敏陶瓷浆料供料装置(4)的密封活塞嵌于储料仓内部，并与储料仓内壁紧密接触；所述升降台位于密封活塞下部，并与密封活塞下表面相连接。工作时，光敏陶瓷料浆储存在上述储料仓中，升降台推动密封活塞向上运动，将储料仓内部的光敏陶瓷料浆推出储料仓，随后刮料装置(8)向着成型腔体(3)的方向运动，把光敏陶瓷浆料均匀的涂抹在成型腔体(3)内的样品台上。
本实用新型的工作方法：
(1)将打印工件进行切片，获得各工件的剖面信息，切片层厚为0.01-1mm；
(2)样品升降台下降一个切片层厚的高度；
(3)光敏陶瓷浆料供料装置将光固化光敏陶瓷浆料输送至刮料装置前方；
(4)刮料装置向着成型腔体方向运动把光敏陶瓷浆料均匀的涂抹在样品台上，并将多余的光敏陶瓷浆料输送至余料回收装置；
(5)计算机控制的光学扫描装置发出光线在样品台上进行快速扫描，使光敏陶瓷浆料发生固化并粘接到样品台表面，完成模型的一个切面形状的成型；
(6)设备依次重复上述(2)、(3)、(4)和(5)步骤的操作，直至完成整个模型的成型；
将所成型的陶瓷置于100-1700摄氏度的陶瓷烧结炉中烧结，最终获得陶瓷样件。
特点及有益效果：本实用新型旨在提供一种光固化陶瓷胚体的快速成型设备。其有益效果在于采用该设备可以快速制造出各种形状的陶瓷坯料，实现陶瓷坯料的无模快速成型，其结构合理，制备的产品精度高，具有良好的推广前景。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
参照图1，一种光固化陶瓷胚体的快速成型设备，其结构包括光学扫描装置1、光敏陶瓷浆料供料装置4、成型腔体3、余料回收装置2及刮料装置8。所述光学扫描装置1位于成型腔体3的上方；所述光敏陶瓷浆料供料装置4与成型腔体3平行排列；所述余料回收装置2与成型腔体3连接，成型腔体3内部设有样品升降台，样品升降台包括密封圈5、金属上面板6、金属下面板7及直线运动单元10，上述各部构成一个活塞，可在成型腔体3内运动，带动样品升降台上下运动，进而带动样品9向下运动；所述光敏陶瓷浆料供料装置4为一个腔体结构，其由密封圈A13、金属上面板A11、金属下面板A12及直线运动单元A14构成密封活塞结构，该结构可带动腔体中的升降台来推动装有储料仓内的光敏陶瓷浆料向上运动。
工作过程中，样品升降台下降模型层厚的高度，光敏陶瓷浆料供料装置将光固化光敏陶瓷浆料输送至刮料装置前方，刮料装置向着成型腔体方向运动把光敏陶瓷浆料均匀的涂抹在样品台上，并将多余的光敏陶瓷浆料输送至余料回收装置，随后计算机控制的光学扫描装置发出光线在样品台上进行快速扫描，使光敏陶瓷浆料发生固化并粘接到样品台表面，完成模型的一个切面形状的成型，设备依次循环上述的操作直至完成整个模型的成型。
进一步的光学扫描装置为激光振镜扫描系统或投影仪，若采用激光振镜扫描系统对光敏陶瓷浆料进行扫描，选用的激光器波长为100nm-1050nm，优选355nm和405nm；若采用投影仪，则光源采用高压汞灯、氙灯、波长为100nm-800nm的激光二极管或波长为100nm-800nm的发光二极管。
进一步的样品升降台的金属上面板6和密封圈5及金属下面板7通过螺栓固定在一起，密封圈5位于金属上面板6、金属下面板7之间，金属下面板7固定于可升降的直线运动单元10的顶部，以实现样品台的升降操作。
进一步的成型腔体3为中空结构，空心区域为立方体或圆柱体形状，可升降样品台安装在成型腔体3内部，通过样品升降台上的密封圈与成型腔体3内壁紧密接触，避免光敏陶瓷浆料的流失。
进一步的余料回收装置2为中空结构，空心区域为立方体或圆柱体形状，位于成型腔体3一侧，其功能用于收集打印过程的多余光敏陶瓷浆料。
进一步的刮料装置8位于光敏陶瓷浆料供料装置4的储料仓上方，与储料仓上端面紧密接触，并可沿储料仓上端面由储料仓一侧向着成型腔体3方向运动至余料回收装置2处；所述光敏陶瓷浆料供料装置4的密封活塞嵌于储料仓内部，并与储料仓内壁紧密接触；所述升降台位于密封活塞下部，并与密封活塞下表面相连接。工作时，光敏陶瓷料浆储存在上述储料仓中，升降台推动密封活塞向上运动，将储料仓内部的光敏陶瓷料浆推出储料仓，随后刮料装置8向着成型腔体3的方向运动，把光敏陶瓷浆料均匀的涂抹在成型腔体3内的样品台上。
本实用新型的工作方法：
(1)将打印工件进行切片，获得各工件的剖面信息，切片层厚为0.01-1mm；
(2)样品升降台下降一个切片层厚的高度；
(3)光敏陶瓷浆料供料装置将光固化光敏陶瓷浆料输送至刮料装置前方；
(4)刮料装置向着成型腔体方向运动把光敏陶瓷浆料均匀的涂抹在样品台上，并将多余的光敏陶瓷浆料输送至余料回收装置；
(5)计算机控制的光学扫描装置发出光线在样品台上进行快速扫描，使光敏陶瓷浆料发生固化并粘接到样品台表面，完成模型的一个切面形状的成型；
(6)设备依次重复上述(2)、(3)、(4)和(5)步骤的操作，直至完成整个模型的成型；
将所成型的陶瓷置于100-1700摄氏度的陶瓷烧结炉中烧结，最终获得陶瓷样件。
上述的打印工件：
(1)建立模型，采用CAD、Pro-E、UG、CATIA等三维设计软件，建立陶瓷工件的三维模型，对模型按照层厚为0.1mm的高度对模型进行切片，获得模型各剖面的切片形状。
(2)陶瓷坯体的打印
计算机控制成型腔体内部的直线运动单元推动样品升降台向下运动0.1mm，同时下储料仓底部的直线运动单元带动密封活塞向上运动0.1mm，将陶瓷料浆推出，刮胶装置向着成型腔体方向运动，把光敏陶瓷浆料均匀的涂抹在成型腔体内的样品台上。光学扫描系统在计算机控制下按模型的切片形状，在陶瓷料浆表面进行扫描，使光敏陶瓷浆料迅速凝固，实现模型切片形状的成型。重复上述步骤操作，直至完成所有模型切片形状的成型。
(3)陶瓷模型的烧结
打印结束后，计算机控制成型腔体内部的直线运动单元推动样品升降台向上运动，将样品台提升取出成型的工件，并将所成型的陶瓷烧结，最终获得陶瓷样件。