▲ 金石三维陶瓷3D打印机K-D-2
传统的机械加工方法制造结构复杂的陶瓷零件，存在周期长、加工成本高、严重依赖模具等问题。相比较，增材制造技术在没有模具的情况下，可实现复杂陶瓷零件的制备。其中，陶瓷光固化成形技术能够制备高精度、复杂几何形状的陶瓷。相比氧化物陶瓷，灰色氮化物和碳化物陶瓷粉体与光敏树脂折射率差较大，导致了固化深度的显著降低，而其较强的紫外光吸收则抑制了树脂的光聚合。与此同时，氮化物陶瓷的强共价键特性也使得其难以烧结致密化。因此，高紫外光吸收的灰色或者氮化物和碳化物陶瓷的光固化成形及致密化是目前陶瓷光固化成形的技术难点。
近期，来自萍乡学院刘耀小组在制备出光固化Si3N4陶瓷浆料的基础上，通过聚合动力学研究，讨论成形工艺参数对坯体成形精度的影响；采用分段脱脂工艺，系统地分析不同阶段的热脱脂工艺对坯体缺陷的影响。该项研究成果所有实验均在金石三维陶瓷3D打印机K-D-2上完成，并成功入选最新一期《AMF》期刊。
▲ 图1 45 vol.%Si3N4浆料光固化坯体形貌图：(a)尺寸图；(b)单层切片图
图1为使用体积分数45 vol.% 制备的浆料在不同的曝光时间下在X、 Y、Z 轴方向的收缩量。如图所示，当曝光时间是10 s 时，三个方向上的收量最小。图2是不同曝光时间下的X、Y轴方向的尺寸精度。由图可得，不同曝光时间下的尺寸精度符合正态分布。当曝光时间是10 s时，坯体尺寸误差在0.02mm范围内，精度等级达到IT 7级。
▲ 图2 45 vol.%Si3N4浆料在不同曝光时间下的单层形貌：(a) 5 s；(b) 10 s；(c) 15 s；(d) 20 s
图3是切片层厚为20 μm时，用体积分数 45 vol.% 制备的浆料在不同的曝光时间下固化坯体的侧面形貌图。从图中得出，当曝光时间为5 s时，坯体侧面的纹路清晰，而随着曝光时间的增加，坯体侧面的纹路越来越模糊，当曝光时间为20 s时，坯体侧面纹路模糊，条纹数增加。这是因为当紫外光首先在薄膜和玻璃的界面及薄膜和浆料的界面上发生反射，当紫外光再次达到每层界面的下表面后再次发生反射，最终再固化到浆料上。此时经过二次反射后的光线与原来的入射光线形成了一定的偏差，导致浆料出现了过曝光区域，形成了成形误差区域，导致实际曝光的面积比理论的面积要大，出现了纹路现象。
▲ 图3 45vol.% Si3N4浆料在不同曝光时间下坯体的侧面形貌图：(a) 5 s；(b) 10 s；(c) 15 s；(d) 20 s
▲ 图4 光固化陶瓷实物图
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