一种利用激光烧结3D打印技术制作陶瓷滤料的制备方法与流程

本发明涉及陶瓷滤芯制备工艺领域，具体为一种利用激光烧结3d打印技术制作陶瓷滤料的制备方法。

背景技术：

氧化铝、氧化锆及碳化硅等陶瓷材料是经济环保的水质过滤材料，这些陶瓷材料因其使用寿命长，易于清洁和再生，可用毛刷刷洗、砂纸打磨、清水冲洗或反洗，具有良好清洁状态和高过滤精度等优异性能，而得以广泛使用。特别是在净水设备中，陶瓷滤芯亦是不可或缺的核心部件。目前，制造陶瓷滤芯的主要方法是利用模具制备出粗坯，再利用烧结技术进行定型。而在利用上述方法制造形状复杂的陶瓷滤芯时，坯体压制模的制造成为其“瓶颈”，特别是在当前激烈竞争的市场经济中产品的更新换代日益加快，小批量、多品种是总的发展趋势，新产品的试制也越来越多，陶瓷滤芯的柔性制造是当下所要解决的重要困难。另外，现有的陶瓷滤芯制造方式受限较多，滤芯产品的形状以及过滤孔的设置方式相对死板，变化较少，难以针对过滤性能对对陶瓷滤芯产品进行优化设计。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用激光烧结3d打印技术制作陶瓷滤料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种利用激光烧结3d打印技术制作陶瓷滤料的制备方法，包括如下步骤：

s1,用重量组分为70-85份的纳米陶瓷颗粒、5-10份的氯化钠和20-25份的助剂制备陶瓷滤芯粉末材料；

s2,将所述陶瓷滤芯粉末材料放置于激光烧结3d打印机的供粉缸内，所述供粉缸设有加热装置，使所述陶瓷滤芯粉末材料始终处于预热状态；

s3,使用计算机辅助设计软件对陶瓷滤芯产品进行三维建模，将设计文件保持为stl格式，并经切片软件进行切片处理；

s4,启动所述激光烧结3d打印机，将所述步骤s3中三维建模的stl文件导入到所述的激光烧结3d打印机中，先手动铺粉打底，使基底的厚度为10-15mm，再通过所述激光烧结3d打印机，打印制成陶瓷滤芯初坯；

s5,将所述步骤s4得到的陶瓷滤芯初坯进行脱脂，脱脂时最高温度低于750℃；

s6,将脱脂后的陶瓷滤芯初坯保温2小时，之后使陶瓷滤芯初坯降温到室温并放入去高纯度去离子水中浸泡1小时；

s7,将浸泡后的陶瓷滤芯初坯取出、烘干，其后经二次高温烧结，得到陶瓷滤芯成品。

进一步的，所述纳米陶瓷颗粒选用粒度为50um的氧化铝陶瓷颗粒、氧化锆陶瓷颗粒、碳化硅陶瓷颗粒中的一种或多种；所述氯化钠选用除了杂质的粒径100nm的纯净氯化钠固体颗粒；所述助剂包括组分为5-10份的粘合剂、10-15份的浸润剂和5-10份的增塑剂。

进一步的，所述粘合机选用酚醛树脂，所述浸润剂选用无水乙醇溶液，所述增塑剂选用甘油。

进一步的，所述步骤s1中，陶瓷滤芯粉末材料的制备方法包括如下步骤：

s11,将所述纳米陶瓷颗粒、增塑剂和浸润剂加入去离子水中，并混合搅拌均匀，得到陶瓷浆料；

s12,向所述步骤s11所得陶瓷浆料中加入粘合剂并搅拌均匀，其后进行加热保温反应，反应完成后经干燥、球墨得到覆膜陶瓷粉末；

s13,将步骤s12所得覆膜陶瓷粉末与氯化钠混合均匀，其后经干燥制得所述陶瓷滤芯粉末材料。

本发明的有益效果是：

本发明一种利用激光烧结3d打印技术制作陶瓷滤料的制备方法中，陶瓷滤芯原料中加入氯化钠，经3d打印成型和脱脂处理后，通过去离子水浸泡将氯化钠溶解，可以让陶瓷滤芯表面充满微孔，亦可以通过氯化钠的用量人为控制孔隙率，达到更好的过滤效果。利用激光烧结3d打印技术制作陶瓷滤芯，不需要提前制造模具，滤芯利用计算机辅助软件设计好后，就可以进行打印和生产，实现产品的快速推向市场，可以充分实现柔性生产，满足小批量和多品种的生产需求；滤芯产品形状以及过滤孔的设置不受限制，能对滤芯产品进行更优的设计与制造。同时，利用激光烧结3d打印技术制作陶瓷滤芯，由于激光光斑聚焦和振镜运动控制都是高精度的，亦能使得滤芯的产品精度更高，可更好提升滤芯产品的过滤性能。另外，由于3d打印技术是一种增材制造的方式，陶瓷滤芯生产时可减少原料的浪费，材料使用更加节约和环保。

附图说明

图1为本发明一种利用激光烧结3d打印技术制作陶瓷滤料的制备方法的工艺流程图；

图2为本发明一种利用激光烧结3d打印技术制作陶瓷滤料的制备方法中3d打印过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

一种利用激光烧结3d打印技术制作陶瓷滤料的制备方法，包括如下步骤：

s1,原料制备。用重量组分为70-85份的纳米陶瓷颗粒、5-10份的氯化钠和20-25份的助剂制备陶瓷滤芯粉末材料。所述纳米陶瓷颗粒选用粒度为50um的氧化铝陶瓷颗粒、氧化锆陶瓷颗粒、碳化硅陶瓷颗粒中的一种或多种；所述氯化钠选用除了杂质的粒径100nm的纯净氯化钠固体颗粒；所述助剂包括组分为5-10份的粘合剂、10-15份的浸润剂和5-10份的增塑剂。在具体实施时，所述粘合机选用酚醛树脂，所述浸润剂选用无水乙醇溶液，所述增塑剂选用甘油。其具体制备方法是，首先将所述纳米陶瓷颗粒、增塑剂和浸润剂加入去离子水中，并混合搅拌均匀，得到陶瓷浆料；其后向所述步骤s11所得陶瓷浆料中加入粘合剂并搅拌均匀，其后进行加热保温反应，反应完成后经干燥、球墨得到覆膜陶瓷粉末；之后将步骤s12所得覆膜陶瓷粉末与氯化钠混合均匀，其后经干燥制得所述陶瓷滤芯粉末材料。

s2,将所述陶瓷滤芯粉末材料放置于激光烧结3d打印机的供粉缸内，所述供粉缸设有加热装置，使所述陶瓷滤芯粉末材料始终处于预热状态。具体实施时，供粉缸的加热装置使其缸壁的温度维持在100℃，通过供粉缸内部的热传导，维持陶瓷滤芯粉末材料的预热状态。

s3,3d建模。使用计算机辅助设计软件对陶瓷滤芯产品进行三维建模，将设计文件保持为stl格式，并经切片软件进行切片处理，确保图形设计正确以及生成的文件可以导入3d打印机中进行打印。

s4,进行3d打印。启动所述激光烧结3d打印机，将所述步骤s3中三维建模的stl文件导入到所述的激光烧结3d打印机中，先手动铺粉打底，使基底的厚度为10-15mm，再通过所述激光烧结3d打印机，打印制成陶瓷滤芯初坯。上述手动铺粉打底在正式打印之前，用于保证制件的温度均匀性，避免由于热量流失过快，造成初坯开裂的情况发生。

激光烧结3d打印机的打印过程为：

供粉缸1向上抬升预设好的一个高度，由铺粉辊3将陶瓷粉末平铺到打印台面，激光4根据设计好的模型，按软件制订的扫描路径，对陶瓷粉末进行烧灼。在打印过程中，打印台面维持150度的预热温度，铺粉辊3的转速设为2米/秒，确保在铺粉时，工作台面上的陶瓷粉末不仅可以铺平，还可以压实，以提升陶瓷滤芯制件的致密度。在激光4的扫描过程中，需要对其扫描路径进行参数设置，具体实施时扫描速度设定为3000mm/s，扫描的激光功率设定为额定功率的40%。

当完成一层打印后，激光烧结3d打印机的打印台面在其工作缸2的作用下下降一个固定高度，然后重复上述打印过程，直至完成整个陶瓷滤芯的打印。整个打印过程是通过激光快速升温烧结和冷却，得到陶瓷滤芯初坯，未被激光烧灼的原料粉末可返回供粉缸1内，用于下一件陶瓷滤芯初坯的打印，使材料使用更加节约和环保。

s5,脱脂。将所述步骤s4得到的陶瓷滤芯初坯进行脱脂，因氯化钠熔点为800度，为确保脱脂时氯化钠不被熔化，故脱脂时最高温度低于750℃。

s6,缓冷降温和浸泡。将脱脂后的陶瓷滤芯初坯保温2小时，之后使陶瓷滤芯初坯降温到室温，该降温过程为缓冷过程，防止陶瓷滤芯初坯炸裂。其后将降温后的陶瓷滤芯初坯放入高纯度去离子水中浸泡1小时，使其中所含的氯化钠充分溶解，使陶瓷滤芯形成微孔，并获得更高的孔隙率。

s7,将浸泡后的陶瓷滤芯初坯取出、烘干，其后经二次高温烧结，得到陶瓷滤芯成品。

本发明利用激光烧结3d打印技术制作陶瓷滤芯，不需要提前制造模具，滤芯利用计算机辅助软件设计好后，就可以进行打印和生产，实现产品的快速推向市场。同时因不需要开发模具，节约模具的开发时间和投入成本，生产效率更高。

本发明利用激光烧结3d打印技术制作陶瓷滤芯，可以让陶瓷滤芯表面具有更多的微孔结构，让整个滤芯的空气交换更加的容易，不宜滋生细菌，并增加过滤能力。在陶瓷粉末中增加了氯化钠，可以使得孔隙率大幅提高，另外由于氯化钠的含量可以人为控制，也实现了更加灵活的孔隙率调控，陶瓷滤芯的孔隙率最高可以达到80%，更利于优化陶瓷滤芯的过滤性能。

本发明利用激光烧结3d打印技术制作陶瓷滤芯，由于打印过程是在工作台面的粉床上进心，未受到激光照射的粉末可以起到支撑作用，陶瓷滤芯的生产形状不受限制；同时陶瓷滤芯的过滤孔可自由设计，可制作双向不对称的过滤孔，更有利于优化陶瓷滤芯的性能。

本发明利用激光烧结3d打印技术制作陶瓷滤芯，激光通过扩束镜和f-theta透镜聚焦，可以在全工作幅面实现无畸变和小光斑，利用振镜控制激光的扫描路径，可以得到更高精度的陶瓷滤芯初坯。由于激光光斑聚焦和振镜运动控制都是高精度的，所以滤芯的产品精度更高。

本发明利用激光烧结3d打印技术制作陶瓷滤芯，由于3d打印技术是一种增材制造的方式，激光未照射到的粉末还可以继续二次利用，不存在浪费。激光烧结的陶瓷材料为粉末状，不是模具制造的膏状，不需要用水，不会对环境造成污染，更为环保。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。