二氧化硅陶瓷立体光刻中的烧结各向异性建模(2).pdf

在陶瓷立体光刻技术中，烧结各向异性建模是一个关键的研究领域，尤其是在二氧化硅陶瓷的3D打印过程中。烧结是决定最终3D物体形状和机械强度的关键步骤。通过对打印出的绿色（未烧结）物体进行热处理，可以显著影响其密度、脱胶过程以及烧结后的微观结构。 在这一研究中，作者Charles Manière等人通过膨胀计量学和中断烧结的微观结构分析，揭示了烧结过程中收缩各向异性现象的来源：非理想的颗粒堆积存在于打印层之间，导致介观尺度上的孔隙分布呈现各向异性。这一发现表明，打印层间的不规则堆叠是造成烧结各向异性的重要原因。 基于这些观察，研究人员开发了一个专门针对预测烧结各向异性的烧结模型。该模型采用解析方程的形式，使得所有模型参数能够被轻易识别，并能准确重现实验中观察到的尺寸变化。这样的数值工具对于预测3D打印物体在烧结过程中的尺寸变化具有重要的辅助作用。 陶瓷增材制造，即3D打印陶瓷技术，包括多种逐层沉积形成3D陶瓷对象的方法。其中，立体光刻（Stereolithography）是一种常用的技术，它利用光敏树脂在特定波长的光照射下固化的特性，逐层固化构建复杂的陶瓷结构。然而，由于烧结过程中各向异性的影响，3D打印的陶瓷部件可能会出现形状失真或性能差异，这在实际应用中是一个需要克服的重大挑战。 烧结模型的建立与优化对于理解和控制这一过程至关重要。该模型不仅有助于理解非理想颗粒堆积如何影响烧结，还可以为优化打印参数、设计更精确的后处理策略提供理论支持，以确保3D打印陶瓷部件的尺寸精度和力学性能。 这项研究对陶瓷增材制造领域的理论发展和实践应用具有深远影响。通过深入理解烧结各向异性现象并开发相应的数学模型，科学家和工程师可以更好地预测和控制3D打印二氧化硅陶瓷的烧结过程，从而制造出更加精密和高性能的陶瓷部件。这将促进陶瓷3D打印技术在航空航天、医疗、电子等领域中的广泛应用。