[发明专利]一种挤丝光固化与烧结成型的玻璃3D打印装置

说明书

本发明涉及了一种挤丝光固化与烧结成型的玻璃3D打印装置及方法，属于工业设计和玻璃材质3D制造领域。所述方法包括：使用超声振荡器将原料均匀混合；低粘度原料采用管状405nm波长紫外LED灯进行半固化；通过气压控制高粘度原料的挤出速度，并采用圆环形405nm波长紫外LED灯进行二次固化；固化好的成型体继续进行干燥、脱脂和烧结，得到成型玻璃体。所述设备包括：打印设备，用于原料制备和成型；烧结设备，用于玻璃体的烧结成型。本发明公开的3D打印装置和方法，提供了一种复杂形状玻璃体的快速制造技术和可执行设备。

技术领域

本发明涉及光固化立体成型领域，特别涉及一种挤丝光固化成型的玻璃3D打印以及烧结的方法和装置。

背景技术

玻璃材料作为现代信息显示、新能源、航空航天等诸多领域的重要组成部分，这些领域对玻璃的性能、成分和制造技术的要求越来越高，因此现代玻璃材料的研究需要多学科、多技术的高度配合。传统的玻璃生产工艺是将硅酸盐等原料经过高温加热，形成均匀无气泡的玻璃液，再经过人工成形或机械成形，最后退火处理得到玻璃制品。由于人工操作的不准确性，以及对工人专业要求比较高，玻璃成品率较低；机械生产的质量和效率虽然能得到保证，但成本大，无法满足小批量定制产品。近年来，3D打印技术以高材料利用率、装置便捷、高灵活性、高效率、低成本等优点，逐渐从研究领域走向工业生产甚至日常生活。

目前3D打印的主要是金属、树脂、塑料和陶瓷等可粘合的材料，玻璃材料由于其熔点高，液态玻璃固化成型需要保温、退火等步骤，需精确控制温度避免炸裂，因而加工难度大。传统的3D打印机，如熔融沉积成型（FDM）利用玻璃熔丝逐层累积打印玻璃体，需要不停加热保证玻璃呈熔融状态，玻璃熔丝不能中断因而打印玻璃体形状有限，同时，打印的玻璃体精度不高，表面凹凸不平；选择性激光烧结/熔化（SLS/SLM）采用激光将玻璃粉末逐层烧结或熔化成型，打印的玻璃体疏松多孔、不透明，层间应力分布不均匀；光固化立体成型（如SLA/DLP）打印速度慢，打印效果受树脂中二氧化硅粉末浓度影响，浓度高则树脂流动性差，无法准确成型，浓度低则烧结前后的玻璃体收缩率高。因此，3D打印技术应用在玻璃器件的制造上存在一定局限性。

发明内容

本发明针对现有3D打印机在玻璃材料制造上的不足，提出一种挤丝光固化式玻璃3D打印方法和设备，同时本发明还包括玻璃烧结装置，打印好的玻璃体直接移送到旁边进行干燥、烧结，实现玻璃制品的批次制造。

本发明所提供的技术方案如下：

一种挤丝光固化与烧结成型的玻璃3D打印方法，所述方法包括以下步骤：

（1）将光敏树脂与二氧化硅粉末混合，得到均匀混合物；

（2）通过流量控制器将混合物从储液池中匀速输送到存储模块，同时，在输送途中施加紫外光使混合物半固化；

（3）将存储模块中的半固化混合物挤压到打印喷头，通过喷头上的紫外光灯实现二次固化；

（4）打印好的成型体移送到旁边的箱体进行干燥、脱脂和烧结，最终得到玻璃成品。

一种挤丝光固化与烧结成型的玻璃3D打印设备，所述设备包括：

（1）打印设备，用于原料的制备和打印成型；

（2）烧结设备，用于打印体的干燥、脱脂和烧结。

与市面上现有3D打印设备相比，本发明所达到的有益效果是：

相较传统FDM打印机，不使用熔融液态玻璃而使用光敏树脂和二氧化硅粉末混合物挤出，利用紫外光两次固化，避免了成型过程中温度控制的难题，同时，采用气压控制挤出速度和挤出量，可有效提高打印精度；相较SLS和SLM打印机，不需要高能激光作为光源，设备成本低；相较SLA和DLP打印机，打印速度显著提高。成型设备和烧结设备一体化，减少了玻璃体制造整体运作时间，实现批量生产。