本發(fā)明涉及3d打印玻璃領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)石英玻璃的制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，玻璃因其高透明性、優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、耐化學(xué)腐蝕性及良好的光學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于建筑、電子、汽車、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)玻璃的制造與加工工藝仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，傳統(tǒng)玻璃制造通常依賴高溫熔融、模具成型等復(fù)雜工藝，既增加了生產(chǎn)成本，也使得制造過程對(duì)設(shè)備及工藝精度要求較高。此外，由于玻璃材料本身具有硬脆性，在切割、雕刻、鉆孔等加工過程中易產(chǎn)生裂紋或破損，導(dǎo)致成品率較低，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。其次，加工過程中不可避免地產(chǎn)生大量邊角廢料和粉塵，這不僅增加了材料浪費(fèi)，也對(duì)環(huán)境保護(hù)構(gòu)成挑戰(zhàn)。特別是在精密加工領(lǐng)域，為了提高玻璃制品的質(zhì)量，需要更嚴(yán)格的工藝控制和精細(xì)化加工技術(shù)，以降低廢品率，減少資源消耗。因此，如何優(yōu)化玻璃加工工藝，提高成品率，降低生產(chǎn)成本，并減少環(huán)境污染，已成為玻璃行業(yè)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵方向。針對(duì)上述問題，亟需一種高效、低成本且環(huán)保的玻璃制造與加工方法，以突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸，推動(dòng)玻璃產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2、近年來，3d打印技術(shù)因其獨(dú)特的成形方式，在制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)加工方法相比，3d打印能夠通過逐層堆積材料的方式直接制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件，避免了傳統(tǒng)切削、鑄造或模具加工過程中材料浪費(fèi)和復(fù)雜工序，提高了制造效率和設(shè)計(jì)自由度。3d打印的一大優(yōu)勢(shì)在于其對(duì)原材料的高效利用。由于采用增材制造工藝，材料使用率大幅提升，避免了傳統(tǒng)減材制造導(dǎo)致的大量邊角廢料。此外，未固化的漿料或粉末可以回收再利用，從源頭上減少了材料浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)綠色制造，并有效降低生產(chǎn)成本。同時(shí)，由于3d打印過程無需切削、焊接等傳統(tǒng)加工步驟，減少了加工過程中的污染物排放，對(duì)環(huán)境保護(hù)起到了積極的推動(dòng)作用。此外，3d打印技術(shù)具有一體成形的特點(diǎn)，可直接制備出復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件，無需額外的裝配或后續(xù)加工。這不僅減少了因機(jī)械加工導(dǎo)致的零件損壞，還顯著提高了制品的成品率，特別適用于精密制造、高性能材料加工等領(lǐng)域。隨著3d打印技術(shù)的不斷進(jìn)步，其在工業(yè)制造、醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。

3、3d打印技術(shù)因其增材制造的優(yōu)勢(shì)，在金屬、陶瓷及高分子材料領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。然而，目前對(duì)于3d打印玻璃的研究仍處于起步階段，對(duì)于光固化漿料的制備和復(fù)雜結(jié)構(gòu)玻璃制品的研究相對(duì)較少，技術(shù)發(fā)展尚不成熟。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)石英玻璃的制備方法，本研究建立漿料配方和坯體清洗工藝協(xié)同調(diào)控技術(shù)，成功制備出了具有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的石英玻璃，有效解決了復(fù)雜結(jié)構(gòu)石英玻璃成品率低的問題。

2、本發(fā)明的具體流程如下：

3、(1)漿料制備：將甲基丙烯酸和增塑劑充分混合得到混合樹脂基漿料，其中甲基丙烯酸酯的含量為混合樹脂基漿料的67～77wt％，增塑劑的含量混合樹脂基漿料的23～33wt％。隨后將玻璃粉末(aerosilox50)均勻混合到混合樹脂基漿料中得到玻璃漿料，其中玻璃粉末的占比為玻璃漿料的55～60wt％。將2,4,6-三甲基苯甲?；?二苯基氧化膦和蘇丹橙加入制備好的玻璃漿料中，其中光引發(fā)劑的含量為玻璃漿料的0.03～0.08wt％，光吸收劑的含量為玻璃漿料的0.005～0.009wt％。使用真空均質(zhì)機(jī)進(jìn)行真空均質(zhì)，均質(zhì)時(shí)間為120秒，轉(zhuǎn)速2200r/min。

4、(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：使用creo軟件對(duì)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，單胞設(shè)置為立方體，通過調(diào)整其總體尺寸使其陣列數(shù)量為4個(gè)，導(dǎo)出stl格式文件，隨后導(dǎo)入切片軟件中進(jìn)行切片，導(dǎo)出格式為goo的切片文件。

5、(3)坯體打?。簩⑶衅浖?dǎo)光固化3d打印機(jī)中，將配置好的漿料倒入料槽進(jìn)行打印。打印機(jī)的層厚設(shè)置為35～50μm，曝光時(shí)間設(shè)置為18～21秒。

6、(4)清洗液配置：將甲醇、甘油和去離子水充分混合，隨后加入甲基丙烯酸酯的一種或多種混合得到清洗液。其中甲醇的含量為清洗液的20～25wt％，甘油的含量為清洗液的10～15wt％，去離子水的含量為清洗液的10～15wt％，甲基丙烯酸酯的含量為清洗液的50～60wt％，這四種物質(zhì)總量為100wt％。

7、(5)坯體的清洗：將空燒杯放入超聲波清洗裝置，并向超聲波清洗裝置倒入一部分去離子水，將打印后的坯體放入燒杯中。隨后在燒杯中加入沒過坯體的清洗液進(jìn)行超聲震蕩，充分清洗坯體表面殘余的漿料。超聲結(jié)束后將清洗液置于高霧化氣槍中，使用高霧化氣槍對(duì)坯體進(jìn)行噴涂后在室溫下干燥。

8、(6)坯體的后處理：將干燥后的坯體置于馬弗爐中進(jìn)行空氣脫脂，隨后放入管式爐中進(jìn)行真空燒結(jié)。

9、本發(fā)明的有益效果是：

10、(1)提出一種新的玻璃漿料配方，該配方采用二甲基丙烯酸酯，使坯體具有更低的內(nèi)應(yīng)力和更好的機(jī)械性能。

11、(2)清洗液各成分之間協(xié)同調(diào)控，配置簡(jiǎn)單，清洗效果優(yōu)異。

12、(3)利用物理震蕩，高速噴涂等物理手段去除坯體表面殘余漿料，避免其對(duì)坯體后處理工藝產(chǎn)生影響。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)石英玻璃的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)石英玻璃的制備方法，其特征在于：所述甲基丙烯酸酯為三乙二醇二甲基丙烯酸酯、2-羥基乙基甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯和甲基丙烯酸羥乙酯中的一種或多種。

3.如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)石英玻璃的制備方法，其特征在于：玻璃粉末為二氧化硅納米粉末，粒徑為30～300nm。

4.如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)石英玻璃的制備方法，其特征在于：清洗工藝包括以下步驟：

5.如權(quán)利要求4所述的一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)石英玻璃的制備方法，其特征在于：清洗液中的醇類物質(zhì)為甲醇、乙醇、甘油、異丙醇中的一種或多種。

技術(shù)總結(jié)
一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)石英玻璃的制備方法，屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域。該方法針對(duì)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用Creo軟件實(shí)現(xiàn)一種具有周期性的特殊結(jié)構(gòu)。通過優(yōu)化玻璃漿料的配方，包括玻璃粉末、甲基丙烯酸酯和增塑劑，確保了漿料在打印過程中的優(yōu)異成形性能。打印成形后的坯體經(jīng)過特制清洗液超聲清洗、表面噴涂處理后，在室溫下干燥，并進(jìn)一步進(jìn)行熱處理。采用本發(fā)明制備的石英玻璃點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的透明度和光學(xué)均勻性，有效避免了傳統(tǒng)玻璃制造工藝中的開裂問題，顯著提高了成品率，適用于高精度光學(xué)及光電子領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：曾勇,王璞,陳繼民
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15