本发明公开了一种能够在3D打印过程中实现打印、清粉、取件三工位一起进行的3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备工艺。该3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备工艺包括步骤S1、选取SiC粉体以及粘接剂；S2、制备复合粉体；S3、打印SiC陶瓷初坯；S4、采用真空脱脂和PIP浸渍裂解工艺对SiC陶瓷初坯进行致密化处理。并且在步骤S3中采用3D打印激光烧结系统。采用该3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备工艺可以在一定程度上完成碳化硅陶瓷基复合材料的快速制备；制备碳化硅陶瓷基复合材料制备效率，降低生产成本。

  所述打印粉体选择粒径为10‑150μm的打印粉体；所述粘结剂采用NHHPO、铝粉或者环

  所述3D打印激光烧结系统包括底座(100)；所述底座(100)一端设置有转动槽(101)；所

  所述底座(100)一端的上方设置有圆形平台(400)，另一端上方设置有第一支撑平台

  所述圆形平台(400)和第一支撑平台(200)上设置导轨(402)；所述导轨(402)上设置有

  所述第一支撑平台(200)与圆形平台(400)之间具有弧形间隙；所述转动槽(101)内设

  置有成型腔转动装置(600)；所述成型腔转动装置(600)具有转动环形台(603)；所述转动环

  形台(603)上设置有多个均匀分别的成型腔(602)；所述成型腔转动装置(600)实现多个成

  型腔的转动；所述转动环形台(603)、第一支撑平台(200)与圆形平台(400)形成工作平台；

  所述成型腔转动装置(600)上方设置有综合处理系统(700)；所述综合处理系统包括气

  所述气体保护系统包括工作平台上方设置壳体(701)；所述壳体(701)在工作平台上方

  所述吸尘系统实现成型腔(602)内工件的吸尘；所述取件系统提供成型腔(602)内工件

  所述转动环形台(603)上方设置有激光成型扫描装置(800)；所述激光成型扫描装置

  (800)位于导轨(402)的上方；所述激光成型扫描装置(800)用于成型腔(602)的激光扫描；

  2.如权利要求1所述的3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备工艺，其特征是：步骤S3中

  式中：q为激光单位体积内的包含的能量；K为比例系数；P为激光功率；V为激光扫描速度，D为扫描间距；

  式中激光功率满足使得扫描区的粉末粘接在一起，而扫描区域周围的非扫描区域粉末

  不被粘接在一起；通过正交试验对激光功率，激光扫描速度以及扫描间距进行优化；

  通过树脂的玻璃化转变温度确定粉体预热温度；所述粉体预热温度小于玻璃化转变温

  S33、将复合粉体装填3D打印激光烧结系统内，通过3D打印激光烧结系统制备SiC陶瓷

  3.如权利要求2所述的3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备工艺，其特征是：所述成型

  腔转动装置(600)包括底部转动环(601)以及顶部的转动环形台(603)；

  所述底部转动环(601)与转动环形台(603)之间设置有支撑立柱(604)；

  所述转动环形台(603)上设置有沿圆周均匀分布的成型腔(602)；所述成型腔(602)下

  所述转动环形台(603)的内圈与圆形平台(400)匹配，且转动密封配合；

  所述转动环形台(603)外圈下方设置有与壳体(701)下端密封连接的密封板(607)；所

  所述底座(100)上设置有转动驱动装置(103)；所述转动槽(101)内设置有环形凸台

  (102)；所述底部转动环(601)内圈设置有与环形凸台(102)匹配的转动套(606)；

  所述转动套(606)套装在环形凸台(102)上，且与环形凸台(102)转动配合；

  所述转动套(606)内腔的上端设置有齿圈(6061)；所述转动驱动装置(103)与齿圈

  4.如权利要求3所述的3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备工艺，其特征是：所述综合

  处理系统包括壳体(701)；所述壳体(701)包括与转动环形台(603)匹配的环形壳体以及与

  第一支撑平台(200)匹配的矩形壳体；所述环形壳体与矩形壳体连通；且矩形壳体与第一支

  所述矩形壳体上方设置有加粉盒(715)以及吸气装置(716)；所述环形壳体顶部设置有

  所述供气装置(702)以及吸气装置(716)组成气体保护系统，形成循环保护气流；

  所述环形壳体顶部设置有第二伸缩装置(708)、第三伸缩装置(706)、第四伸缩装置

  (707)、第五伸缩装置(709)以及导向筒(705)；所述第五伸缩装置(709)位于环形壳体中间

  所述壳体(701)内设置有与第二伸缩装置(708)连接的第一吸尘罩；与第三伸缩装置

  (706)连接的第二吸尘罩；以及与第四伸缩装置(707)连接的取件罩(717)；

  所述成型扫描镜组(805)、第一吸尘罩、第二吸尘罩以及取件罩(717)分别与转动环形

  所述第一吸尘罩以及第二吸尘罩均包括罩体(901)；所述罩体(901)顶部设置有环形供

  所述罩体(901)内部设置有与环形供气圈(902)连通的排气板(907)；所述排气板(907)

  上设置有均匀分布的排气嘴；所述罩体(901)下端设置有环形吸气管(905)；所述环形吸气

  管(905)上设置有吸气嘴(906)；所述罩体(901)内腔的下端设置有与环形吸气管(905)连通

  所述圆形壳体顶部设置有与第一吸尘罩的供气管(904)连通的第一供气装置(704)以

  所述圆形壳体的一侧的下端设置有与第一吸尘罩和第二吸尘罩对应的吸尘器(300)；

  所述吸尘器(300)具有吸尘管(302)；所述圆形壳体内壁设置有与吸气嘴(906)匹配的气嘴

  滑槽(718)；所述气嘴滑槽(718)底端设置有与吸尘管(302)连通的吸尘嘴(303)；所述吸尘

  所述第二伸缩装置(708)、第三伸缩装置(706)、第一吸尘罩、第二吸尘罩以及吸尘器

  所述圆形壳体一侧设置有取件口(712)；所述取件口(712)两侧设置有滑槽(711)；所述

  所述取件罩(717)一侧均有开口(7171)；所述开口(7171)两侧的侧壁上设置有密封腔

  (7172)；所述圆形壳体内设置有与取件罩(717)匹配的滑槽，且开口(7171)与取件口(712)

  所述第四伸缩装置、取件罩(717)以及圆形壳体上设置的取件口(712)和滑块(713)形

  5.如权利要求4所述的3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备工艺，其特征是：所述送粉

  所述支撑架(501)上方设置有粉末存储腔(502)；所述支撑架(501)内设置有铺粉辊

  所述支撑架(501)一端的两侧均设置有剥粉块(504)；两个剥粉块(504)之间设置有粉

  所述支撑架(501)另一端的设置有与导轨(402)匹配的滑块；所述滑块上设置有滑动驱

  动装置(509)；所述出粉口(505)内设置有控制出粉量的粉量控制装置。

  6.如权利要求5所述的3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备工艺，其特征是：所述加粉

  盒(715)下端设置有漏粉嘴(718)；所述漏粉嘴(718)下端设置有与漏粉嘴(718)连通的横向

  滑槽(719)；所述横向滑槽(719)与加粉嘴(507)匹配；所述漏粉嘴(718)内设置有流量开关

  7.如权利要求6所述的3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备工艺，其特征是：所述激光

  成型扫描装置(800)包括支撑杆(801)；所述支撑杆(801)一端的上方设有伸缩轴(803)；另

  所述支撑杆(801)一端的下方设置有激光器(804)；另一端设置有成型扫描镜组(805)；

  所述伸缩轴(803)通过第五伸缩装置(709)驱动伸缩；所述导向柱(802)与导向筒(705)

  所述圆形壳体顶部设置有激光测距传感器(710)；所述激光测距传感器(710)的探头位

  8.如权利要求7所述的3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备工艺，其特征是：所述圆形

  平台(400)和第一支撑平台(200)之间间隙上方的导轨(402)设置有刮粉板(403)。

  9.如权利要求4所述的3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备工艺，其特征是：所述第一

  伸缩装置(605)、第二伸缩装置(708)、第三伸缩装置(706)、第四伸缩装置(707)、第五伸缩

  10.如权利要求4所述的3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备工艺，其特征是：所述成

  型腔转动装置(600)的底部转动环(601)与顶部的转动环形台(603)之间设置有透明环形罩

  [0001]本发明涉及复合材料制备领域，尤其是一种3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备工

  [0002]随着航空航天事业的发展，迫切地需要能够很好的满足高温工作环境的先进材料。碳化硅

  陶瓷基复合材料凭借其优良的物理和化学性能，碳化硅陶瓷作为新型结构陶瓷首选材料之

  一，具有高熔点，高硬度，高耐磨，抗氧化、抗热震、热线胀系数小、热导率大，密度较小等优

  良特性，在航空航天(火箭筒、涡轮叶片和轴承)、军事工业(车辆装甲)和化学工业(密封元

  [0003]然而，碳化硅作为一种典型的共价键化合物，其硬度高、脆性大、烧结难的特点给

  其成型、烧结和加工带来诸多困难。传统的碳化硅陶瓷成型方式包括干压成型、等静压、注

  浆、挤压等，新型成型方式包括凝胶注膜，直接凝固注膜等。这些成型方法常常要借助模

  具来实现，模具难以成型大尺寸复杂结构、加工成本昂贵、加工周期长等缺点大大限制了碳

  化硅陶瓷的应用。碳化硅陶瓷的常用烧结方式主要有无压烧结、反应烧结及热压烧结等，存

  在烧结温度高、需添加烧结助剂、对设备要求苛刻、成型件易变形等一系列问题。

  [0004]3D打印技术是一种新型成型方式。与传统的减材制造方法不一样，它可以直接将电

  脑绘制的模型通过逐层增加的方式成型三维立体结构。3D打印技术不仅仅可以省去模具制造

  工序，快速缩短制造周期，还能够成功规避传统加工技术对于成型复杂试件的局限性，尤

  其适合复杂结构试件加工。目前，3D打印技术在制造金属和聚合物零件方面已较为成熟并

  获得了广泛应用，然而采用该技术制造陶瓷试件仍然面临着诸多挑战，如成型后的试件存

  [0005]有机前驱体浸渍裂解(PIP)技术是将陶瓷前驱体浸渍到增强体内部，在设定温度

  和气氛内裂解后获得致密化陶瓷基复合材料的方法，经过多次前驱体浸渍裂解过程可实现

  陶瓷基复合材料的致密化。PIP方法在节省材料制备时间、降低材料烧结温度、减少材料制

  [0006]碳化硅陶瓷基复合材料的制备过程中，成型工艺和致密化工艺是至关重要的环

  节。本文基于上述背景下提出3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备的新工艺。采用3D打印技

  术成型碳化硅陶瓷初坯，并利用PIP前驱体浸渍裂解技术对坯体进行致密化，实现高性能碳

  [0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种可以在一定程度上完成碳化硅陶瓷基复合材料的快速

  制备；能够在3D打印过程中实现打印、清粉、取件三工位一起进行，提高制备碳化硅陶瓷基

  [0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备

  [0010]所述打印粉体选择粒径为10‑150μm的打印粉体；所述粘结剂采用NHHPO、铝粉或

  [0012]采用机械混合法或者混炼的方法，将粘接剂和SiC粉体混合制备成复合粉体；

  [0014]所述3D打印激光烧结系统包括底座；所述底座一端设置有转动槽；所述底座另一

  [0015]所述底座一端的上方设置有圆形平台，另一端上方设置有第一支撑平台；所述圆

  [0016]所述圆形平台和第一支撑平台上设置导轨；所述导轨上设置有送粉装置；

  [0017]所述第一支撑平台与圆形平台之间具有弧形间隙；所述转动槽内设置有成型腔转

  动装置；所述成型腔转动装置具有转动环形台；所述转动环形台上设置有多个均匀分别的

  成型腔；所述成型腔转动装置实现多个成型腔的转动；所述转动环形台、第一支撑平台与圆

  [0018]所述成型腔转动装置上方设置有综合处理系统；所述综合处理系统包括气体保护

  [0019]所述气体保护系统包括工作平台上方设置壳体；所述壳体在工作平台上方形成密

  [0020]所述气体保护系统实现成型腔内工件的吸尘；所述取件系统提供成型腔内工件的

  [0021]所述转动环形台上方设置有激光成型扫描装置；所述激光成型扫描装置位于导轨

  [0022]S4、采用真空脱脂和PIP浸渍裂解工艺对SiC陶瓷初坯进行致密化处理。

  [0023]进一步的，步骤S3中采用3D打印激光烧结系统打印SiC陶瓷初坯，还包括以下步

  [0025]所述激光参数为激光单位体积内的包含的能量；所述激光单位体积内的包含的能量按照以下公式进行优化；

  [0027]式中：q为激光单位体积内的包含的能量；K为比例系数；P为激光功率；V为激光扫描速度，D为扫描

  [0028]式中激光功率满足使得扫描区的粉末粘接在一起，而扫描区域周围的非扫描区域

  粉末不被粘接在一起；通过正交试验对激光功率，激光扫描速度以及扫描间距进行优化；

  [0029]通过树脂的玻璃化转变温度确定粉体预热温度；所述粉体预热温度小于玻璃化转

  [0030]S32、对3D打印激光烧结系统的打印方向进行设置；选择纵向打印；

  [0031]S33、将复合粉体装填3D打印激光烧结系统内，通过3D打印激光烧结系统制备SiC

  [0032]进一步的，所述成型腔转动装置包含底部转动环以及顶部的转动环形台；

  [0034]所述转动环形台上设置有沿圆周均匀分布的成型腔；所述成型腔下方设置有调节

  [0037]所述转动环形台外圈下方设置有与壳体下端密封连接的密封板；所述密封板与转

  [0038]所述底座上设置有转动驱动装置；所述转动槽内设置有环形凸台；所述底部转动

  [0040]所述转动套内腔的上端设置有齿圈；所述转动驱动装置与齿圈传动配合。

  [0041]进一步的，所述综合处理系统包括壳体；所述壳体包括与转动环形台匹配的环形

  壳体以及与第一支撑平台匹配的矩形壳体；所述环形壳体与矩形壳体连通；且矩形壳体与

  [0042]所述矩形壳体上方设置有加粉盒以及吸气装置；所述环形壳体顶部设置有与环形

  [0043]所述供气装置以及吸气装置组成气体保护系统，形成循环保护气流；

  [0044]所述环形壳体顶部设置有第二伸缩装置、第三伸缩装置、第四伸缩装置、第五伸缩

  [0046]所述壳体内设置有与第二伸缩装置连接的第一吸尘罩；与第三伸缩装置连接的第

  [0047]所述成型扫描镜组、第一吸尘罩、第二吸尘罩以及取件罩分别与转动环形台上的

  [0048]所述第一吸尘罩以及第二吸尘罩均包括罩体；所述罩体顶部设置有环形供气圈；

  [0049]所述罩体内部设置有与环形供气圈连通的排气板；所述排气板上设置有均匀分布

  的排气嘴；所述罩体下端设置有环形吸气管；所述环形吸气管上设置有吸气嘴；所述罩体内

  [0050]所述圆形壳体顶部设置有与第一吸尘罩的供气管连通的第一供气装置以及与第

  [0051]所述圆形壳体的一侧的下端设置有与第一吸尘罩和第二吸尘罩对应的吸尘器；所

  述吸尘器具有吸尘管；所述圆形壳体内壁设置有与吸气嘴匹配的气嘴滑槽；所述气嘴滑槽

  [0052]所述第二伸缩装置、第三伸缩装置、第一吸尘罩、第二吸尘罩以及吸尘器形成吸尘

  [0053]所述圆形壳体一侧设置有取件口；所述取件口两侧设置有滑槽；所述滑槽内安装

  [0054]所述取件罩一侧均有开口；所述开口两侧的侧壁上设置有密封腔；所述圆形壳体

  [0055]所述第四伸缩装置、取件罩以及圆形壳体上设置的取件口和滑块形成取件系统，

  [0057]所述支撑架上方设置有粉末存储腔；所述支撑架内设置有铺粉辊；所述粉末存储

  [0058]所述支撑架一端的两侧均设置有剥粉块；两个剥粉块之间设置有粉末存储腔的出

  [0059]所述支撑架另一端的设置有与导轨匹配的滑块；所述滑块上设置有滑动驱动装

  [0060]进一步的，所述加粉盒下端设置有漏粉嘴；所述漏粉嘴下端设置有与漏粉嘴连通

  [0061]进一步的，所述激光成型扫描装置包含支撑杆；所述支撑杆一端的上方设有伸缩

  [0062]所述支撑杆一端的下方设置有激光器；另一端设置有成型扫描镜组；

  [0063]所述伸缩轴通过第五伸缩装置驱动伸缩；所述导向柱与导向筒滑动配合；

  [0064]所述圆形壳体顶部设置有激光测距传感器；所述激光测距传感器的探头位于支撑

  [0065]进一步的，所述圆形平台和第一支撑平台之间间隙上方的导轨设置有刮粉板。

  [0066]进一步的，所述第一伸缩装置、第二伸缩装置、第三伸缩装置、第四伸缩装置、第五

  [0067]进一步的，所述成型腔转动装置的底部转动环与顶部的转动环形台之间设置有透

  [0068]本发明的有益效果是：本发明所述的3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备工艺，采

  用3D打印技术成型碳化硅陶瓷初坯，并利用PIP前驱体浸渍裂解技术对坯体进行致密化，实

  [0069]其次，在步骤S3中进一步的对3D打印激光烧结系统的参数来优化设置从而保证

  [0070]再次，采用3D打印激光烧结系统打印SiC陶瓷初坯；其中3D打印激光烧结系统通过

  成型腔转动装置可以在一定程度上完成成型腔的更换，同时通过综合处理系统可以在一定程度上完成工件吸尘和取出

  工件，通过成型腔转动装置、综合处理系统结合激光成型扫描装置可以在一定程度上完成打印、清粉、取

  [0071]最后，本申请所述的3D打印激光烧结系统可以在一定程度上完成对激光扫码距离的实时检测，

  [0072]图1是本发明实施例中3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备工艺的流程框图；

  [0078]图7是本发明实施例中3D打印激光烧结系统的拆除壳体的立体图；

  [0090]图18是本发明实施例中脱脂后3D打印SiC陶瓷材料的浸渍裂解示意图；

  [0091]图19为本发明实施例中3D打印SiC陶瓷基复合材料增重率、孔隙率和密度随浸渍

  [0093]图19b不同PIP周期3D打印SiC陶瓷基复合材料的孔隙率和密度示意图；

  [0094]图中标示：100‑底座，200‑第一支撑平台，300‑吸尘装置，400‑圆形平台，500‑送粉

  装置，600‑成型腔转动装置，700‑综合处理系统，800‑激光成型扫描装置，900‑吸尘罩。

  [0097]如图1所示，本发明所述的3D打印碳化硅陶瓷基复合材料制备工艺，包括以下步

  [0099]所述打印粉体选择粒径为10‑150μm的打印粉体；所述粘结剂采用NHHPO、铝粉或

  [0100]基于选择性激光烧结的技术特点，3D打印粉体的大小和形态等特性影响成型坯体

  的精度和最终成型陶瓷试件的性能。不同的粉体颗粒具有不一样的微观形貌和平均粒径。打

  印粉体粒径过小，由于表面张力易发生团聚现象，且铺粉过程中易与铺粉辊产生静电，粘结

  在铺粉辊上，造成铺粉厚度不均，影响成型件的质量。打印粉体粒径过大，会影响成型件表

  面光洁度、精度和致密度。因此，选择性激光烧结所用的打印粉体需满足良好的流动性和适

  当的粒径分布为10‑150μm，以便于成型的过程中铺粉的顺利进行。本实施例中选用山东青岛

  山田研磨材料有限公司提供的三种不同粒径的SiC粉体作对比试验，粉体的微观形貌和

  [0103]从表1中能够准确的看出，三种粉末平均粒度的参数测量值分布在20μm‑70μm之间，适合

  于选择性激光烧结工艺。对比三种粒径粉体的微观形貌和粒径分布能够准确的看出，所选用的SiC

  粉体具有不规则几何形状，粉体粒径均为微米级，并且具有适宜的正态分布特点，适于选择

  [0104]选择性激光烧结陶瓷粉体，可以再一次进行选择多种粘结剂，如NH4H2PO4，铝粉和环氧树脂

  [0105]环氧树脂由于带有活泼的环氧基和极性较强的羟基、醚基，因此具有极强的粘结

  力、机械强度高、尺寸稳定性高、收缩率较小、吸水性低、预热温度低。采用环氧树脂作为粘

  结剂所制备试件在SLS成型冷却过程中将避免由于粘结剂的收缩而产生翘曲或开裂等变

  形，因此成型精度高。此外，在试件的制备过程中，需将粘结剂去除，无机粘结剂和金属粘结

  剂会在去除过程中产生有害于人体健康的物质或金属残留物，而环氧树脂在高温下将分解为无机小分子

  并以气体形式释放，产生的少部分热解炭还可起到连接和支撑的作用。本实施例选择双酚A

  型环氧树脂E‑12作为粘结剂，粒径分布如图17所示。该粘结剂粒径较小，具备比较好的流动

  性，不仅仅可以均匀填充于碳化硅颗粒中间，利于铺粉，保证坯体精度，而且在后续的脱脂过

  [0107]采用机械混合法或者混炼的方法，将粘接剂和SiC粉体混合制备成复合粉体；

  [0108]对于多元组分复合材料的制备方法，通常包括机械混合法和混炼的方法，机械混

  合方法通常将试验所需粉体装入V型混料机或球磨机中进行均匀混合。物料在混合过程中

  一般不发生相变，仍保持各自的形态和性质。混炼法是将特殊的比例的原材料投入到密炼机

  或螺杆挤出机中，混炼方法工艺复杂，成本高，效率低。机械混合法制备过程简单，无污染，

  [0109]本实施例中制备了三种不同粒径的复合粉体，分别命名为#600，#360，#280。首先，

  称取一定量的SiC微粉，与适量的粘结剂环氧树脂E‑12同时加入V型混料机中机械混合12h，

  使得两种粉体均匀混合，取出烘干待用，混合后的粉体成淡绿色，具体混合流程和混合粉体

  的微观形貌通过扫描电镜对复合粉体微观形貌观察可见，机械混合法能够将碳化硅和环氧

  树脂E‑12粉体均匀混合，粘结剂环氧树脂E‑12均匀的分布于SiC粉体颗粒的表面与周围，满

  [0111]选择性激光烧结成型碳化硅初坯工艺过程中，试件的强度和尺寸精度与多个成型

  工艺参数相关，其中每个工艺参数都将对成型试件质量的好坏起着至关重要的影响，不合

  理的工艺参数将会导致试件产生各种缺陷问题，甚至难以实现烧结成型。主要工艺参数包

  [0112]S31、对激光参数、复合粉体预热温度以及打印分层厚度来优化设置；

  [0114]激光光束作为一个运动的热源，与粉体作用的时间一般为几十毫秒甚至更短，所

  以粉体的加热和冷却速度较快。在加热过程中，粉体对激光的吸收率、反射率及热导率等热

  物性参数会随温度的升高而变化，粉体内部各点温度值也时刻在变化，这是一个非常复杂

  的非稳态传热过程。衡量选择性激光烧结初坯质量的主要标准是试件的强度，只有达到足

  够强度，才可能制造出具有复杂结构的初坯，并且保证后续清粉和后处理过程的顺利进行。

  [0115]对于初坯，成形精度也是衡量成形质量的重要标准。环氧树脂粘结性虽较好，但是

  由于熔点低，使得形坯的精度较差。激光单位体积内的包含的能量是关系热影响区大小的重要参数，激光参

  数中，激光的单位体积内的包含的能量定义为单位面积的粉体获得的激光能量，由激光功率、激光束扫描速

  [0118]式中：q为激光单位体积内的包含的能量；K为比例系数；P为激光功率；V为激光扫描速度，D为扫描

  间距；从式中能够准确的看出激光单位体积内的包含的能量与激光功率成正比，与扫描速度成反比，与扫描间距成

  [0119]式中激光功率满足使得扫描区的粉末粘接在一起，而扫描区域周围的非扫描区域

  粉末不被粘接在一起；通过正交试验对激光功率，激光扫描速度以及扫描间距来优化；具

  [0121]激光功率的控制很重要。激光功率过高将导致能量过大，激光瞬间过大的能量

  会使环氧树脂碳化，进而失去粘接作用，即使环氧树脂没有碳化，激光扫描区域形成的温度

  场，使得深度方向出现过深烧结，降件Z向精度，也可以使周围的非扫描区温度上升，从

  而导致环氧树脂软化将周围颗粒粘接在一起，水平方向也会出现轮廓边缘失真，明显降低

  初坯的尺寸精度。反之，激光功率过小导致能量不足，不能使环氧树脂软化，粉末不能充分

  粘接在一起，层与层之间粘结力差，使得初坯强度不足。因此，激光功率大小应该刚好使得

  [0123]选择性激光烧结扫描速度也是初坯成型的过程中的关键参数之一，它直接影响激光

  单位体积内的包含的能量，进而影响初坯的成型质量。控制其他工艺参数保持不变，激光束的扫描速度越

  快，成型试件的效率也越高，单位时间内成型试件的数量就越多。但过快的扫描速度，意味

  着激光停留在单层粉层的时间越短，由激光单位体积内的包含的能量公式可计算，激光能量密度就越小，则

  导致分层的加热温度降低，粉层吸收的能量就越小，粉末颗粒的熔融程度就低，使得初坯烧

  结不完全，强度较低，易产生掉粉现象甚至无法成型。相反，扫描速度越小，成型效率越低，

  由于激光停留在粉层的时间比较久，供粉末吸收的能量较多，粉末熔融较充分，从而得到的制

  件更致密，强度越高。但是扫描速度的取值不能过低，过低的扫描速度使得粉末表面产生能

  量富集，局部温度瞬间升高，有可能导致材料“碳化”，而且激光照射区与周边的温差较大，

  加剧制件翘曲变形，没办法保证初坯精度。因此，确定激光的扫描速度范围时需要综合考虑以

  [0124](3)扫描间距即两条激光扫描线间的直线距离，与激光的光斑直径有直接关系。一

  般采用重叠系数来衡量，即重叠部分宽度(D)占扫描宽度(W)的百分比，如以下公式所示。

  [0126]当为0时，即相邻两条激光扫描线没有重叠，导致扫描线之间连接不牢固，甚至

  不能连接成型连续截面，当为为100时，相邻两条激光扫描线完全重叠，激光原地重复扫

  描，环氧树脂粉末吸收的激光能量远大于其熔融所需要的能量而产生过烧，甚至发生分

  解。为了确认和保证打印粉体获得均匀的激光能量分布，从而改善烧结件的微观组织架构和力学

  性能，激光扫描过程中，既要保证扫描线区的粉末粘接在一起，又要控制扫描区形成的温度

  [0127]其周围区域粉末的影响尽可能小。这样既可以使两相邻的扫描线之间有微小重

  叠，又不会使相邻的扫描线在单层选择性激光烧结过程中产生粘接分界现象，使选择区单

  层的粘接具有整体性，同时降低使扫描区温度场对其周围区域的影响，进而确保初坯的尺

  [0129]预热温度也是决定试件打印精度和强度等因素的重要指标之一。合适的预热温度

  可以为材料提供充分的预置能量，以此来降低激光能量的供给，同时由于预热温度的存在，使

  得激光扫描区域粉体与其周围粉体的温度梯度减小，同时也降低材料成型前后的温差，减

  小烧结件的翘曲现象，进而提高选择性激光烧结试件的尺寸精度。打印前，粉体在打印机中

  铺平整后，必须要求预热温度在有限范围内可控，粉体预热温度避免过高或过低，一般预热

  温度应略低于树脂的玻璃化转变温度(Tg)。玻璃化转变温度作为材料的一个重要热学参

  数，是无定型聚合物由高弹态向玻璃态或者由玻璃态向高弹态转变的温度，也是无定型高

  分子材料分子链由冻结到发生运动的最低转变温度。在此温度附近，材料的许多热性质都

  会发生较大变化。当温度不高于玻璃化转变温度时，材料表现为脆性，分子链和链段冻结，不

  能够移动，只是构成分子的原子(或基团)在其平衡位置作振动，当温度达到玻璃化转变温

  度时，分子链虽不能移动，但是链段开始运动，表现出高弹性质，当温度高于玻璃化转变温

  度时，整个分子链运动，而表现出粘流性质。因此，玻璃化转变温度－粉体预热温度＝ΔT；

  [0130]本实施例中所用SiC/E‑12复合粉体在选择性激光烧结3D打印过程中，只有环氧树

  脂产生相变，因此预热温度应根据环氧树脂E‑12的玻璃化转变温度来却定。采用差式扫描

  量热仪对环氧树脂E‑12进行DSC测试。试验过程中取环氧树脂E‑12样本11.50mg，通N2作为

  保护气体，以10℃/min的升温速率由室温升至300℃，恒温10分钟，可得环氧树脂E‑12的DSC

  [0132]分层厚度即工作缸每下降一层的高度。选择性激光烧结成型工艺通过对三维模型

  进行分层切薄片分割，得到一系列截面轮廓信息，以该轮廓信息通过逐层累加打印形成三

  维实体，打印模型表面轮廓的曲面连续性不可避免的产生误差。因此，垂直于铺粉层方向的

  分层厚度是最重要的因素之一。由于分层厚度的存在，造成打印试件与模型间的轮廓偏

  差。尤其是带有曲面的试件，激光烧结时不能平滑过渡，会产生阶梯状曲面，使得初坯的尺

  寸精度降低。因此，对带有曲面的零件，分层厚度增加，将导致阶梯效应显著增加，使得实际

  烧结的试件和设计模型尺寸精度方面误差增大。在制备曲面形坯时，应思考适当减小分

  [0133]理论来说分层厚度减小，台阶效应相应减小，所得制件精度提高。然而分层厚度并

  非是越小越好，分层厚度取值小，基于粉体粒径应小于烧结的单层厚度原则，应选用相对较

  小的粉体颗粒，而粉体颗粒过小易引起团聚和静电现象，粘附在铺粉辊上，造成铺粉困难或

  无法正常铺粉，同时分层越小，需要的打印时间越长，降低成型效率，因此分层厚度的选取

  [0134]此外，分层厚度会影响能量的吸收。因激光烧结的层厚有限，如果分层厚度大于激

  光沿分层深度方向分布最大值，会导致每层底部不能充分烧结，层与层之间粘结不牢固甚

  至无法整体粘结，因此导致Z方向上的强度减小，试件甚至还可能会产生分层。但过小的分层

  厚度又将会导致部分已烧结的粉体重复烧结，重复烧结使得重复层温度上升，致使环氧树

  [0135]S32、对3D打印激光烧结系统的打印方向进行设置；选择纵向打印；

  [0136]S33、将复合粉体装填3D打印激光烧结系统内，通过3D打印激光烧结系统制备SiC

  [0137]S4、采用真空脱脂和PIP浸渍裂解工艺对SiC陶瓷初坯进行致密化处理。

  [0138]PIP工艺首先通过渗透浸渍将聚合物填充到3D打印SiC陶瓷初坯中，然后将充满浸

  渍液的试件取出放入电热恒温干燥箱中固化，将固化后的预制件放入真空高温烧结炉内以

  氮气为保护气氛进行高温裂解生成SiC基体。图18为脱脂后3D打印SiC陶瓷材料的浸渍裂解

  [0141]如图19所示，为3D打印SiC陶瓷基复合材料增重率、孔隙率和密度随浸渍周期的变

  化关系。从图19(a)中能够准确的看出，前三个PIP周期，试件的增重率较大，随后的周期中增重曲

  线逐渐趋于平缓，是因为，随着浸渍周期的增加，试件的孔隙率不断减小，每次浸渗的浸

  渍液也随之减少，生成SiC基体的质量逐渐降低。经过8周期浸渍裂解后试件的增重率小于

  1％。由图19(b)可知，随着浸渍裂解周期的增加，3D打印SiC陶瓷基复合材料的孔隙率不断

  降低，经过8周期浸渍裂解后试件的孔隙率为24.32％，其中开孔率为5.05％。密度随着浸渍

  周期的增加逐渐升高，经过8周期的浸渍裂解后试件的密度达到了2.45g/cm，比脱脂后提

  高了64.43％，说明通过聚合物浸渍裂解法可以大大降低3D打印SiC陶瓷基复合材料的孔隙

  [0142]如图2至图15所示；在步骤S3中采用的3D打印激光烧结系统包括底座100；所述底

  座100一端设置有转动槽101；所述底座100另一端设置有送粉缸201；

  [0143]所述底座100一端的上方设置有圆形平台400，另一端上方设置有第一支撑平台

  [0144]其中，第一支撑平台200的作用是实现送粉装置500的安装，并且便于实现送粉装

  [0145]圆形平台400上设置的第二粉腔401最大的作用是能轻松实现对多余粉末的回收，也可

  [0146]所述圆形平台400和第一支撑平台200上设置导轨402；所述导轨402上设置有送粉

  [0147]通过将送粉装置安装在导轨402上便于对送粉装置运动轨迹的控制，保证送粉装

  有成型腔转动装置600；所述成型腔转动装置600具有转动环形台603；所述转动环形台603

  上设置有多个均匀分别的成型腔602；所述成型腔转动装置600实现多个成型腔的转动；所

  [0149]所述成型腔转动装置600上方设置有综合处理系统700；所述综合处理系统包括气

  [0150]所述气体保护系统包括工作平台上方设置壳体701；所述壳体701在工作平台上方

  [0151]所述吸尘系统实现成型腔602内工件的吸尘；所述取件系统提供成型腔602内工件

  [0152]所述转动环形台603上方设置有激光成型扫描装置800；所述激光成型扫描装置

  800位于导轨402的上方；所述激光成型扫描装置800用于成型腔602的激光扫描；

  [0153]在工作过程中，首先在整一个完整的过程中通过气体保护系统实现整个工作过程的惰性气

  体保护；然后将成型腔转动装置600上的一个成型腔602转动到导轨402之间；并且使得该成

  型腔602位于激光成型扫描装置800的正下方；然后通过送粉装置500实现对成型腔转动装

  [0154]铺粉完成后，送粉装置500回到初始位置，此时送粉装置500位于第一支撑平台200

  上；然后通过激光成型扫描装置800扫描成型腔602；实现第一层工件的成型；反复进行实现

  工件的扫描打印；工件打印完成后，成型腔转动装置600将下一个成型腔转动到导轨402之

  间；并且使得该成型腔602位于激光成型扫描装置800的正下方；然后具有成型工件的成型

  腔转动到吸尘系统下方实现对工件的吸尘；工件实现吸尘后，成型腔转动装置600等待成型

  腔内工件的打印；工件打印完成后，此时成型腔转动装置600转动，使得未吸尘的工件转动

  [0155]因此，本发明提供的3D打印激光烧结系统通过成型腔转动装置可以在一定程度上完成成型腔的

  更换，同时通过综合处理系统可以在一定程度上完成工件吸尘和取出工件，通过成型腔转动装置、综合处

  理系统结合激光成型扫描装置可以在一定程度上完成打印、清粉、取件三工位的同时进行；提高生产效

  [0156]所述送粉装置500包括支撑架501；所述支撑架501上方设置有粉末存储腔502；所

  述支撑架501内设置有铺粉辊503；所述粉末存储腔502上方设置有加粉嘴507；

  [0157]所述支撑架501一端的两侧均设置有剥粉块504；两个剥粉块504之间设置有粉末

  [0158]所述支撑架501另一端的设置有与导轨402匹配的滑块；所述滑块上设置有滑动驱

  [0159]其中，支撑架501能够使用不锈钢支撑架，支撑架501的最大的作用是实现支撑，并且

  能够带动粉末存储腔502移动；支撑架501中安装的铺粉辊503最大的作用是实现铺粉。粉末存

  [0160]滑块上设置的滑动驱动装置509最大的作用是实现送粉装置的移动；滑动驱动装置

  509能够使用微型电机。出粉口505内的粉量控制装置主要控制粉末添加量，能够使用转动

  [0161]本发明所述的送粉装置500能够最终靠铺粉辊实现传统的送粉腔供粉铺粉；也可以

  [0162]所述成型腔转动装置600包括底部转动环601以及顶部的转动环形台603；

  [0163]所述底部转动环601能够使用框架结构，最大的作用是实现支撑，顶部的转动环形台

  [0164]所述底部转动环601与转动环形台603之间设置有支撑立柱604；

  [0165]所述转动环形台603上设置有沿圆周均匀分布的成型腔602；所述成型腔602下方

  [0166]所述转动环形台603的内圈与圆形平台400匹配，且转动密封配合；所述转动环形

  台603的外圈与第一支撑平台200的一端匹配；通过密封配合能够尽可能的防止惰性气体漏气，能够

  [0167]所述转动环形台603外圈下方设置有与壳体701下端密封连接的密封板607；所述

  [0168]具体的，所述圆形平台400、第一支撑平台200以及转动环形台603形成工作平台；

  [0169]所述底座100上设置有转动驱动装置103；所述转动槽101内设置有环形凸台102；

  [0170]所述转动套606套装在环形凸台102上，且与环形凸台102转动配合；

  [0171]所述转动套606内腔的上端设置有齿圈6061；所述转动驱动装置103与齿圈6061传

  [0172]具体的，转动套606与环形凸台102可设为轴承实现转动配合和支持作用。转动

  驱动装置6061能够使用电机实现对齿圈的驱动，以此来实现底部转动环601与转动环形台603

  [0173]所述综合处理系统包括壳体701；所述壳体701包括与转动环形台603匹配的环形

  壳体以及与第一支撑平台200匹配的矩形壳体；所述环形壳体与矩形壳体连通；且矩形壳体

  [0175]所述矩形壳体上方设置有加粉盒715以及吸气装置716；所述环形壳体顶部设置有

  [0176]所述供气装置702以及吸气装置716组成气体保护系统，形成循环保护气流；

  [0177]具体的，供气装置702下端以及吸气装置716均设置有布气盘7161；通过布气盘

  7161能实现气流的分散。通过供气装置702在圆形壳体内的供气，以及吸气装置716在矩形

  壳体内的吸气，使得气体形成从圆形壳体到矩形壳体的气流；然后将吸气装置吸收的气体

  [0178]所述环形壳体顶部设置有第二伸缩装置708、第三伸缩装置706、第四伸缩装置

  707、第五伸缩装置709以及导向筒705；所述第五伸缩装置709位于环形壳体中间位置；

  [0179]所述激光成型扫描装置800通过第五伸缩装置709实现上下移动；

  [0180]所述壳体701内设置有与第二伸缩装置708连接的第一吸尘罩；与第三伸缩装置

  [0181]所述成型扫描镜组805、第一吸尘罩、第二吸尘罩以及取件罩717分别与转动环形

  [0182]所述第一吸尘罩以及第二吸尘罩均包括罩体901；所述罩体901顶部设置有环形供

  [0183]所述罩体901内部设置有与环形供气圈902连通的排气板907；所述排气板907上设

  置有均匀分布的排气嘴；所述罩体901下端设置有环形吸气管905；所述环形吸气管905上设

  置有吸气嘴906；所述罩体901内腔的下端设置有与环形吸气管905连通的吸气孔908；

  [0184]所述圆形壳体顶部设置有与第一吸尘罩的供气管904连通的第一供气装置704以

  [0185]所述圆形壳体的一侧的下端设置有与第一吸尘罩和第二吸尘罩对应的吸尘器

  300；所述吸尘器300具有吸尘管302；所述圆形壳体内壁设置有与吸气嘴906匹配的气嘴滑

  槽718；所述气嘴滑槽718底端设置有与吸尘管302连通的吸尘嘴303；所述吸尘嘴303与吸气

  [0186]所述第二伸缩装置708、第三伸缩装置706、第一吸尘罩、第二吸尘罩以及吸尘器

  [0187]具体的工作过程中，当成型腔转动到第一吸尘罩和第二吸尘罩下方时，第一吸尘

  罩和第二吸尘罩分别在第二伸缩装置708和第三伸缩装置706的作用下向下移动，使得吸尘

  罩底部紧贴在转动环形台603上，具体的可以在第一吸尘罩和第二吸尘罩的下端设置橡胶

  垫层，实现挤压密封。然后启动第一供气装置704、第二吸尘罩的供气管904并且启动吸尘器

  300；第一供气装置704供气通过排气板907实现对工件上粉尘的吹散；通过吸尘器300的吸

  [0188]所述圆形壳体一侧设置有取件口712；所述取件口712两侧设置有滑槽711；所述滑

  [0189]所述取件罩717一侧均有开口7171；所述开口7171两侧的侧壁上设置有密封腔

  7172；所述圆形壳体内设置有与取件罩717匹配的滑槽，且开口7171与取件口712匹配；

  [0190]所述第四伸缩装置、取件罩717以及圆形壳体上设置的取件口712和滑块713形成

  [0191]具体的在工作过程中，通过第四伸缩装置使得取件罩717向下移动将取件罩717下

  方的成型腔密封；此时取件罩717与成型腔从整个圆形壳体内腔中独立出来；然后打开滑块

  713，通过取件口712实现取件。取件完成后，第四伸缩装置使得取件罩717向上移动实现复

  [0192]所述加粉盒715下端设置有漏粉嘴718；所述漏粉嘴718下端设置有与漏粉嘴718连

  通的横向滑槽719；所述横向滑槽719与加粉嘴507匹配；所述漏粉嘴718内设置有流量开关

  [0193]当送粉装置500内粉量不足时，加粉嘴507滑动到漏粉嘴718下方，并且打开流量开

  关720；从而使得加粉盒715的粉末进入到送粉装置500内，实现补粉；因此本发明所述的装

  [0194]所述激光成型扫描装置800包括支撑杆801；所述支撑杆801一端的上方设有伸缩

  [0195]所述支撑杆801一端的下方设置有激光器804；另一端设置有成型扫描镜组805；

  [0196]所述伸缩轴803通过第五伸缩装置709驱动伸缩；所述导向柱802与导向筒705滑动

  [0197]所述圆形壳体顶部设置有激光测距传感器710；所述激光测距传感器710的探头位

  [0198]在工作的过程中，通过激光器804发射激光，同时通过激光器能调节激光发射的

  功率；实现实时调节。然后通过成型扫描镜组805改变激光路径实现对成型腔的激光扫描打

  印。在工作过程中能够最终靠第五伸缩装置的伸缩控制激光扫码的距离。通过激光测距传感

  [0199]在一个可行的实施例中，为了尽最大可能避免转动环形台603上残留的粉尘对成型腔造成影

  响，进一步的，所述圆形平台400和第一支撑平台200之间间隙上方的导轨402设置有刮粉板

  403。通过刮粉板403可以将转动环形台603上残留的粉尘刮去，能确保铺粉时工作平台的

  [0200]在一个可行的实施例中，为便于实现自动化控制，所述第一伸缩装置605、第二

  伸缩装置708、第三伸缩装置706、第四伸缩装置707、第五伸缩装置709采用液压缸或者电动

  [0201]在一个可行的实施例中，为了尽最大可能避免环境中的粉尘对设备的部件造成损失破坏，同时便

  于观察设备的工作状态，具体的，所述成型腔转动装置600的底部转动环601与顶部的转动

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