快速成形技术在陶瓷领域中应用（三）

HEATS

　　2.2FDC

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　　美国陶瓷研究中心的Mukesh K.Agarwala等［11］采用FDC工艺制备Si3N4零件，其工作原理与FDM相同。FDM可以用多聚物或蜡的线材作为进给材料由CAD文件逐层生成原型，线材半径通常为1.8mm，送入液化器后变软熔化，再从喷嘴喷出。喷嘴在计算机控制下可作x-y方向水平移动，非固定平台可上下运动。喷嘴压力为1.7MPa，动作原理相当于常用的柱塞挤出装置。喷嘴直径一般为0.2～1.3mm，挤出的材料固化后称之为“路”，“路”宽为喷嘴直径的1.2～1.5倍，路宽可通过调节液化器内螺杆转速控制材料流率来调整。FDM工艺如图2所示。

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　　将线材换为陶瓷材料即为FDC(Fused Depositon of Ceramics)工艺，工艺关键是制备具有合适热性能和机械性能的线材。已生产出的线材为GS-44，含55vol%Si3N4，粘结剂为四组分RU系列，直径1.8mm。

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　　他们所用喷嘴直径0.25～0.64mm，路宽0.25～0.75mm，层厚0.25mm，GS-44线材，RU系列粘结剂，熔融温度为100～150℃。成形后，加热至450℃脱去90wt%～95wt%粘结剂，然后放入Al2O3坩锅内加热至500℃脱去剩余粘结剂，再高温气压烧结。GS-44中主要是Si3N4和约10vol%氧化物烧结助剂，高温下氧化物熔化提供液相达到致密化，同时α-Si3N4转化为β-Si3N4。

　　将FDC工艺与等静压工艺、挤塑成形工艺进行比较，结果如下表所示。由于成形压力不同，因而FDC坯体密度略低于挤塑成形工艺，烧结体密度也略低。FDC收缩存在各向异性，强度比挤塑成形工艺略高，低于等静压工艺。三者断口形貌相似，FDC工艺缺陷对于强度并无太大影响。目前，FDC工艺主要用于快速成形和熔模精密铸造型壳方面。

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　　2.3SLS

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　　由于SLS工艺粉层原始密度低，因而产品密度也低，目前多应用于铸造型壳制造。北京隆源自动成形系统有限公司的冯涛等［12］采用SLS工艺制造铸造型壳。以反应性树脂包覆的陶瓷粉为原料，在SLS烧结过程中，型壳部分成为烧结实体，零件部分仍是未烧结的粉末。烧结完成后，将壳体内部粉末清除干净，再在一定温度下使烧结过程中未完成固化的树脂充分固化，得到型壳。结果表明，型壳强度、透气性和发气量均能满足要求、但表面光洁度仍有待改善。

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