10
2024
-
10
应用实例 | PMMA光通道促进光固化3D打印复杂结构碳化硅反射镜的研究
作者：
行业新知
近日，西安交通大学马恩教授、宋索成副教授团队在《Journal of the European Ceramic Society》发表了题PMMA light channels facilitate the additive manufacturing of complex-structured SiC reflector mirrors的研究，利用PMMA构建的光通道，显著提高了DLP打印SiC浆料光固化深度，以及反应烧结过程中，PMMA诱导生成的球形硅减轻了基体中的应力集中，提高了SiC/Si陶瓷的弯曲强度，成功制备出复杂结构的SiC/Si反射镜。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2024.116970
奇遇科技官网：http://www.adventuretech.cn/
如无法打开，请拷贝网址到浏览器查阅。
研究内容
碳化硅（SiC）反射镜因其卓越的机械强度、热稳定性和优良的光学性能，在航空航天、激光设备和高功率光学系统中应用广泛。然而，传统制造方法（如烧结和机械加工）在生产复杂结构时存在显著的局限性，特别是在实现高精度和表面质量方面。这些限制使得SiC反射镜在高性能应用中的有效性受到了限制。随着增材制造技术的发展，数字光处理（DLP）3D打印技术因其能够提供高精度、快速成型的优势而受到广泛关注。
本研究的主要目的是利用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）光通道技术，优化DLP增材制造过程中SiC反射镜的光照深度，从而提升反射镜的制造质量和性能，制造出结构复杂的SiC反射镜。具体步骤如下：
△图1，PMMA/SiC浆料的配制工艺及后续处理。
-
制备改性的碳化硅粉末（mSiC）
-
制备50vol%的碳化硅浆料+不同比例的PMMA，如表格1
-
DLP打印成型：该步骤使用奇遇科技DLP陶瓷3D打印设备（型号：ADT-3D-Pirinter-Pro-288-75），波长405nm，光强29mW/cm2。
-
脱脂烧结：如图2（a-b）将坯体放置在两倍质量的硅颗粒上，并在达到1000℃之前在0.1 MPa氩气气氛中进行脱脂。随后，在真空下加热至1650℃，保持时间为2小时，进行反应烧结。
-
性能评估：评估含PMMP的SiC浆料的粘度、固化深度以及反应烧结后SiC微观结构、密度、收缩率等。
△图2，（a）打印坯体的TG/DSC曲线。（b）一步脱脂-烧结曲线。
△图3，SiC 和 PMMA 粉末的粒度分布和形貌：(a) d50=10μm 的 SiC；(b) d50=8μm 的 PMMA；(c) d50=20μm 的 PMMA；(d) d50=80μm 的 PMMA；(e) SiC 粉末形貌；(f) d50=80μm 的 PMMA 粉末形貌。
△图4，（a）刮刀移动速度为75S−1时不同固含量SiC浆料的表观粘度值。（b）表1中五种SiC浆料的表观粘度随剪切速率变化的情况。（c）球形PMMA颗粒的润滑作用使浆料粘度变化很小。（d）SiC、PMMA颗粒及混合树脂的折射率，以及SiC和PMMA在405nm紫外光下的吸光度。
△图5，(a) 表1所列五种SiC浆料的固化深度。(b) PMMA在固化片中分布均匀。(c)和(d) Cd、lnEi、Dp和Ec之间的关系。(e) PMMA构建的光通道有效提高了SiC浆料的固化深度。
△图6，烧结样品 SP3、SP4 和 SP5 的体积密度、开孔率和抗弯强度。
△图7，三个烧结样品 SP3、SP4 和 SP5 的 XRD 图案。
△图8，（a）烧结样品SP3表面的背向散射电子显微镜图像。（b）烧结样品SP3表面的二次电子显微镜图像。（c）烧结样品SP3在二次电子和背向散射电子模式下的断口形貌。（d）烧结样品SP5表面形成了大量球形硅颗粒。（e）烧结样品SP5的断口形貌。（f）球形硅的形成过程。
△图9，（a）SP5三维尺寸偏差率。（b）脱脂及烧结过程中坯体收缩率。
△图10，不同尺寸的碳化硅反射镜的图像：(a)，直径为48毫米。(b)，直径为120毫米。
结论
本研究通过引入高透明度的PMMA颗粒，显著提高了SiC浆料在DLP打印过程中的固化深度，达到最大244μm，并结合反应烧结技术，成功制造了具有复杂结构的SiC/Si反射镜。研究结果显示，PMMA颗粒的润滑性使其对SiC陶瓷浆料的粘度影响较小，同时与混合树脂的折射率相似，避免了UV光散射，表明其适合作为光通道材料。在反应烧结过程中，形成的球形硅不仅降低了SiC颗粒富集区域的硅含量，还缓解了基体中的应力集中，使SiC/Si复合陶瓷的最高弯曲强度达341.1MPa。
文章中使用的光固化DLP 3D打印设备介绍如下
相关新闻
暂无数据
立即咨询
如果您对我们的产品感兴趣，请留下您的电子邮件，我们将尽快与您联系，谢谢！
深圳地址：广东省深圳市龙岗区留学人员创业园1园120房间 佛山地址：广东省佛山市南海区大沥镇盐步穗盐西路92号a栋304-1