一种聚合物前驱体陶瓷3D打印复杂结构件清洗方法

本发明涉及3d打印陶瓷件清洗，具体涉及一种聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件清洗方法。

背景技术：

1、陶瓷自诞生以来就被归类为最重要的高性能材料之一，其具有高强度、高硬度、耐高温和耐腐蚀等优异性能。其中，通过材料优化和复杂结构设计获得的具有特定功能和复杂结构的先进陶瓷已在机电一体化、航空航天、国防、能源和生物医药等领域获得了广泛应用。3d打印技术是目前制造复杂结构先进陶瓷的最重要的手段之一。然而，在陶瓷3d打印过程中，直接利用原粉或配制浆料形式的陶瓷原料进行陶瓷3d打印存在着材料种类有限、浆料透光性差、易沉淀、难以3d打印成型等问题。

2、聚合物前驱体3d打印陶瓷是指基于聚合物前驱体的易加工性通过3d打印技术获得复杂结构件中间体，并通过高温热解将中间体转化为最终陶瓷复杂结构件。其具有以下主要特点：（1）容易制备高性能的陶瓷复杂结构件；（2）可以对材料在分子尺度上进行设计；（3）实现陶瓷的近净尺寸成型；（4）热解温度低；（5）高温性能好。因此，聚合物前驱体陶瓷已经成为目前3d打印复杂结构陶瓷件的主要途径，具有广阔的应用前景。但聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件存在着3d打印复杂结构件表面及内部微孔/多孔复杂结构残留的聚合物陶瓷前驱体树脂难以去除、清洗困难的问题。目前，常用的增材制造陶瓷复杂结构件的清洗方法主要包括化学法、超声清洗法和机械清洗法。例如，中国发明专利公开号cn101474510a提供了一种微孔陶瓷清洗方法及采用该方法的过滤装置，中国发明专利公开号cn106824847a公开了一种陶瓷清洗设备，中国发明专利公开号cn107639072a提供了一种陶瓷清洗方法。

3、然而，上述现有的3d打印陶瓷复杂结构件清洗技术主要针对已固化成型的刚性陶瓷结构件，直接应用于聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件存在着清洗效率低、对聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件损耗大的问题。

技术实现思路

1、为解决上述现有的3d打印陶瓷复杂结构件清洗技术主要针对已固化成型的刚性陶瓷结构件，直接应用于聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件存在着清洗效率低、对聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件损耗大的问题，本发明提出了一种高效低损的聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件清洗方法，该方法首先通过调控清洗液的组成成份，使得基于清洗液的浸泡和超声处理可在溶解未固化树脂的同时不对已固化树脂造成破坏，然后基于清洗液的强挥发性通过自然风干挥发残留在样件表面的清洗液及被溶解的树脂，最后利用二次光固化稳固样件结构，获得清洗后的聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件。应用此方法能够高效率地去除陶瓷3d打印复杂结构件表面及内部孔隙残留的树脂，且对结构件表面及内部造成的损耗低，实现针对聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件高清洗效率且低损耗率的清洗目标，最终获得了高表面质量的聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件清洗方法，包括如下步骤：

3、s1、配置清洗液；

4、s2、将聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件在清洗液中浸泡；

5、s3、将在清洗液中浸泡的聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件进行超声清洗；

6、s4、从清洗液中取出聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件，进行自然风干；

7、s5、对自然风干后的聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件进行二次光固化；

8、s6、将二次光固化的聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件进行热解，获得最终的聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件。

9、优选地，在步骤s1中，所述清洗液由清洗主剂与清洗助剂混合组成；所述清洗主剂为丙烯酸丁脂；所述清洗助剂为1,6-己二醇二丙烯酸酯；所述清洗助剂的质量为清洗主剂质量的1-20%。

10、进一步地，所述清洗助剂的质量为清洗主剂质量的10%。

11、优选地，在步骤s2中，首先将清洗液倒入烧杯，然后将聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件放入装有清洗液的烧杯进行完全浸泡，浸泡的时间为10-30秒。

12、进一步地，所述烧杯的容积为聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件体积的20-40倍，所述清洗液的容量为聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件体积的10-20倍。

13、优选地，在步骤s3中，将放置有清洗液和聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件的烧杯放入超声波清洗机中进行超声清洗，超声清洗的时间为30-180s。

14、进一步地，所述超声波清洗机的功率为40-120w、频率为30-50khz。

15、优选地，在步骤s4中，将聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件从清洗液中取出，放置在通风箱中进行自然风干；在自然风干时，对聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件翻转1-3次，翻转后单次风干时间为10-60分钟。

16、优选地，在步骤s5中，将自然风干后的聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件放置在uvled固化系统中进行二次光固化，固化次数为3-6次，单次固化时间为3-10s，每次采用不同放置方位。

17、进一步地，所述uvled固化系统的固化功率设置为5-20mj/cm²。

18、优选地，在步骤s6中，将二次光固化后的聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件放置于氩气烧结炉中进行热解，热解曲线为：

19、（1）在室温升温至100℃的过程中，采取1.0℃/min升温速率，升温到100℃后保温60min；

20、（2）在100℃升温至300℃的过程，采取0.5℃/min的升温速率，升温到300℃后保温120min；

21、（3）在300℃升温至600℃的过程中，采取0.5℃/min升温速率，升温到600℃后保温120min；

22、（4）在600℃升温至1000℃的过程中，采取1℃/min升温速率，升温到1000℃后保温240min；

23、（5）在1000℃降温至室温过程中，以2.0℃/min的降温速率冷却。

24、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该方法首先通过调控清洗液的组成成份，使得基于清洗液的聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件浸泡和超声处理可在溶解未固化树脂的同时不对已固化树脂造成破坏，然后基于清洗液的强挥发性通过自然风干挥发残留在样件表面的清洗液及被溶解的树脂，最后利用二次光固化稳固样件结构，获得清洗后的聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件。应用此方法能够高效率地去除陶瓷3d打印复杂结构件表面及内部孔隙残留的树脂，且对结构件表面及内部造成的损耗低，实现针对聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件高清洗效率且低损耗率的清洗目标，最终获得了高表面质量的聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件，具有操作便捷、成本低、清洗效率高、对打印件损耗低、表面质量高的优点，实用性佳。本发明解决了现有的3d打印陶瓷复杂结构件清洗技术主要针对已固化成型的刚性陶瓷结构件，直接应用于聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件存在着清洗效率低、对聚合物前驱体陶瓷3d打印复杂结构件损耗大的问题。