工藝參數(shù)對(duì)ZrO2陶瓷膏體擠出冷凍自由成形精度的影響.pdf

1、ZrO2因其良好的生物相容性和穩(wěn)定的化學(xué)性能廣泛的應(yīng)用于生物修復(fù)領(lǐng)域，尤其是牙科修復(fù)。生物修復(fù)屬于個(gè)性化制造，不僅要求零件具有一定的力學(xué)性能，還要根據(jù)患者的不同情況制造出形狀不同的零件。使用傳統(tǒng)的陶瓷加工方法，很難加工出滿足患者個(gè)性化需求的產(chǎn)品，而且加工周期較長。近年來，出現(xiàn)了一種基于陶瓷膏體擠出冷凍的自由成形方法，采用該方法不僅能加工出任性復(fù)雜形狀的零件，并能縮短加工周期。但是該工藝下影響陶瓷膏體成型精度的因素有很多，因此本文從控制工

2、藝參數(shù)的角度研究工藝參數(shù)對(duì) ZrO2陶瓷膏體擠出冷凍自由成型精度的影響，以期獲得完整系統(tǒng)的規(guī)律，探究 ZrO2陶瓷膏體在擠出冷凍自由成型過程中的精度變化。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了模型參數(shù)包括分層厚度、擠出頭直徑、擠出頭高度對(duì) ZrO2陶瓷膏體擠出堆積成型精度的影響，這一部分實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行主要是為了最終冷凍條件下成型做準(zhǔn)備。研究表明，同一成型件的成型時(shí)間隨著分層厚度的增大而不斷減小，兩者之間呈現(xiàn)非線性減小的變化關(guān)系，同一制件的

3、相鄰兩分層厚度的成型時(shí)間越來越??；三維制件成型時(shí)，Δh=0.5 mm下制件的成型效果和成型精度最好；擠出頭較小時(shí)更容易發(fā)生液相遷移，導(dǎo)致擠出成型后期膏體中液相含量減小，發(fā)生擠出絲斷裂，導(dǎo)致成型件難以成型，0.84 mm的擠出頭直徑成型效果符合成型精度要求；擠出頭高度等于或小于擠出頭直徑時(shí)第一層的片層成型精度要高于擠出頭高度大于擠出頭直徑時(shí)的。⑵為保證冷凍條件下 ZrO2陶瓷膏體順利擠出堆積成型，分析了擠出過程中擠出參數(shù)對(duì) ZrO2陶瓷膏

4、體擠出自由堆積成型精度的影響，擠出參數(shù)主要有掃描速度和掃描路徑以及填充順序。結(jié)果表明，掃描速度與擠出速度之間有一定的匹配關(guān)系，掃描速度為2 mm/s時(shí)尺寸精度最好，在±0.2 mm范圍內(nèi)；而對(duì)片層體的單層填充而言，掃描方向的選擇對(duì)片層體的精度影響甚小，即無論是x方向還是y方向填充對(duì)片層體的精度影響很小；而掃描填充方式的選擇對(duì)片層精度影響明顯，平行線填充方式的精度較好，邊緣搭接填充時(shí)精度較低，尺寸跨度較大；先填充外部時(shí)片層的精度要比先填充

5、內(nèi)部的精度較好。⑶在優(yōu)化參數(shù)的模型參數(shù)和擠出參數(shù)下，研究了成型參數(shù)對(duì) ZrO2陶瓷膏體成型能力和成型精度的影響，并通過典型成型件的成型以及燒結(jié)后抗彎強(qiáng)度和斷口形貌綜合評(píng)價(jià)了工藝參數(shù)對(duì) ZrO2陶瓷膏體擠出堆積成型精度的影響。研究表明：冷凍溫度下，尺寸的變化范圍要比常溫下大，最大在+0.6 mm內(nèi)，最小在-0.4mm內(nèi)；冷凍溫度為-15℃時(shí)，相比于其他溫度成型制件的尺寸較好。分層厚度越小成型角度越大，分層厚度為0.5 mm時(shí)成型效果要好于

6、分層厚度為0.8mm，最大成型角為-35°；同一高度的制件模型，成型角度越大成型效果越差；抗彎強(qiáng)度在掃描速度為3mm/s時(shí)最大，但在同一掃描速度下，長、短尺寸方向交替填充下的抗彎強(qiáng)度最高，其次是長尺寸方向填充，最后是短尺寸方向；長尺寸方向平行線填充試樣的斷面是沿著垂直于長尺寸的方向斷裂的，而裂紋源主要是在成型過程中產(chǎn)生的空洞，短尺寸方向填充時(shí)，斷口是沿著擠出絲與擠出絲之間的粘合部位，并且斷面齊整，長、短尺寸方向交替填充，斷口位于中間一層