一种陶瓷脱脂烧结柔性支撑装置及使用方法

技术领域

本发明涉及间接成型陶瓷产品工艺中脱脂烧结控制工装领域，具体涉及一种陶瓷脱脂烧结柔性支撑装置及使用方法。

背景技术

选择性光固化成形技术是一种间接成形的陶瓷增材制造成形技术，采用紫外激光，逐层堆积并选择性固化特定区域的材料实现产品的生产，并通过后续脱脂、烧结过程最终实现产品制造，达到快速实现高复杂性零件的近净成形；由于成形零件曲率以及壁厚跨度大，在脱脂，烧结工艺过程中由于温度变化而带来的材料强度变化以及不同曲率、壁厚受热状态不一造成零件在脱脂烧结过程中易开裂，造成零件报废。目前主要通过人工经验控制脱脂烧结参数，成品率低，易造成资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种陶瓷脱脂烧结柔性支撑装置及使用方法，以克服现有技术的不足，在保证复杂结构产品中薄壁区域、曲率跨度大区域控制温度变化率有效控制变形开裂，根据不同产品零件结构对结构支撑进行柔性调整，以适应不同产品脱脂烧结，达到少量工装适用于大范围零件结构。

一种陶瓷脱脂烧结柔性支撑装置，包括柔性结构支撑框架、支撑单元、卡扣和垫块，柔性结构支撑框架为环形结构，支撑单元的侧面设有限位槽和限位卡扣，限位槽和限位卡扣间隔设置于支撑单元的不同侧面，多个支撑单元阵列固定于柔性结构支撑框架内，柔性结构支撑框架的外圈通过卡扣固定，垫块的上表面与待烧结零件支撑接触曲面相似。

进一步的，支撑单元侧面的限位槽和限位卡扣采用无限位卡槽结构或有限位和卡槽结构。

进一步的，支撑单元沿垂直于其长度方向的截面为三角形、矩形、正六边形或圆形。

进一步的，支撑单元的顶部端面为平面、斜面或曲面。

进一步的，曲面为圆弧面、球面或其他曲率半径。

进一步的，柔性结构支撑框架、支撑单元、卡扣和垫块采用氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝、羟基磷灰石、磷酸三钙中的一种或几种制成。

一种用于陶瓷脱脂烧结柔性支撑装置的使用方法，包括以下步骤：

S1，根据待烧结零件支撑曲面结构，选择端面曲面与待烧结零件支撑曲面曲率一致的支撑单元阵列；

S2，采用垫块调整支撑单元阵列曲面，将待烧结零件的支撑曲面与支撑单元阵列的曲面向对设置，在待烧结零件的外周形成柔性支撑结构进行烧结。

进一步的，待烧结零件薄壁区域与支撑单元阵列支撑端间隔设置，间距为3～4mm。

进一步的，待烧结零件薄壁区域与支撑单元阵列支撑端之间填充有陶瓷颗粒或石墨。

进一步的，填充的陶瓷颗粒粒径为100～1000um。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种陶瓷脱脂烧结柔性支撑装置，包括柔性结构支撑框架、支撑单元、卡扣和垫块，柔性结构支撑框架为环形结构，支撑单元的侧面设有限位槽和限位卡扣，限位槽和限位卡扣间隔设置于支撑单元的不同侧面，多个支撑单元阵列固定于柔性结构支撑框架内，柔性结构支撑框架的外圈通过卡扣固定，垫块的上表面与待烧结零件支撑接触曲面相似，将柔性结构支撑框架通过卡扣限位固定，配合垫块与支撑单元接触，根据使用情况调整单元结构以达到适应待烧结零件烧结的支撑结构，利用多个支撑单元紧贴排布的单元阵列，利用垫块调整多个支撑单元的支撑曲面，以实现复杂结构产品中薄壁区域、曲率跨度大区域的柔性支撑，以便于控制温度变化率有效控制变形开裂；可根据不同产品零件结构对结构支撑进行柔性调整，以适应不同产品脱脂烧结，达到少量工装适用于大范围零件结构。

进一步的，支撑单元侧面的限位槽和限位卡扣采用无限位卡槽结构或有限位和卡槽结构，提高支撑单元的安装稳定性，防止支撑单元端面滑动，提高烧结过程的支撑稳定性。

进一步的，支撑单元沿垂直于其长度方向的截面为三角形、矩形、正六边形或圆形，结构简单，适用于多种不同曲率的接触面。

一种用于陶瓷脱脂烧结柔性支撑装置的使用方法，根据待烧结零件支撑曲面结构，选择端面曲面与待烧结零件支撑曲面曲率一致的支撑单元阵列，采用垫块调整支撑单元阵列曲面，将待烧结零件的支撑曲面与支撑单元阵列的曲面向对设置，在待烧结零件的外周形成柔性支撑结构进行烧结，方法简单，在保证复杂结构产品中薄壁区域、曲率跨度大区域控制温度辩护率有效控制变形开裂，提高产品烧结质量。

进一步的，待烧结零件薄壁区域与支撑单元阵列支撑端间隔设置，根据不同产品零件结构对结构支撑进行柔性调整，以适应不同产品脱脂烧结，达到少量工装适用于大范围零件结构，可适用于不同壁厚零件的烧结。

附图说明

图1为本发明实施例中支撑装置立体剖视图。

图2为本发明实施例中支撑单元安装结构示意图。

图3为本发明实施例中支撑单元结构示意图，图3a为矩形截面支撑单元示意图，图3b为六边形截面支撑单元示意图。

图4为本发明实施例中陶瓷叶片结构示意图。

图5为本发明实施例中工装放置结构示意图。

图6为本发明实施例中涡流器陶瓷零件放置结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，一种陶瓷脱脂烧结柔性支撑装置，包括柔性结构支撑框架1、支撑单元2、卡扣3和垫块4，柔性结构支撑框架1为环形结构，支撑单元2的侧面设有限位槽6和限位卡扣7，限位槽6和限位卡扣7间隔设置于支撑单元2的不同侧面，多个支撑单元2阵列固定于柔性结构支撑框架1内，柔性结构支撑框架1的外圈通过卡扣3固定，垫块4的上表面与待烧结零件5支撑接触曲面相似，使用时，垫块4设置于支撑单元2下端，用于调整支撑单元2的支撑曲面，柔性结构支撑框架1将多个支撑单元2紧贴排布的单元阵列固定，相邻两个支撑单元2通过限位槽6和限位卡扣7扣合，将柔性结构支撑框架1通过卡扣3限位固定，配合垫块4与支撑单元接触，根据使用情况调整单元结构以达到适应待烧结零件5烧结的支撑结构，利用多个支撑单元2紧贴排布的单元阵列，利用垫块4调整多个支撑单元2的支撑曲面，以实现复杂结构产品中薄壁区域、曲率跨度大区域的柔性支撑，以便于控制温度变化率有效控制变形开裂；可根据不同产品零件结构对结构支撑进行柔性调整，以适应不同产品脱脂烧结，达到少量工装适用于大范围零件结构。

如图2所示，根据使用情况支撑单元2侧面的限位槽6和限位卡扣7采用无限位卡槽结构或有限位和卡槽结构；采用无限位卡槽结构，即在支撑单元2侧面设置长条形的限位槽6，限位卡扣7卡设于限位槽6内，通过限位槽6和限位卡扣7扣合的两个支撑单元2能够相对上下滑动，防止侧向滑动，以调整支撑单元2端部形成不同曲率曲面，然后利用卡扣3将柔性结构支撑框架1固定以实现柔性结构支撑框架1内由多个支撑单元2组成阵列单元的固定。

支撑单元2沿垂直于其长度方向的截面为三角形、矩形、正六边形或圆形，以满足不同使用情况，如图3a所示为截面为矩形结构的支撑单元，如图3b所示为截面为正六边形的支撑单面；采用不同形状结构，能够阵列设置在柔性结构支撑框架1内，紧贴排布形成单元阵列；根据使用要求不同，支撑单元2的顶部端面为平面、斜面或曲面，曲面为圆弧面、球面或其他曲率半径，以使阵列在柔性结构支撑框架1内的多个支撑单元2端部与待待烧结零件5支撑接触曲面相似贴合。

如图2所示，多个支撑单元2相互之间通过限位槽6和限位卡扣7或接触，利用柔性结构支撑框架1在其外部对由支撑单元2组成的单元阵列进行约束，限制支撑单元转动自由度；柔性结构支撑框架1两端为自由端，可拼合形成环形结构，自由端两端通过卡扣3固定；卡扣3采用扣合形式，将柔性结构支撑框架1两端自由端固定，采用柔性结构支撑框架1固定的多个支撑单元2组成的单元阵列固定或承托脱脂烧结的待烧结零件5。支撑单元2结构按需求为长方体或圆柱体结构，具有限位槽6和限位卡扣7，当阵列堆叠后支撑单元2组成阵列通过限位槽6和限位卡扣7达到相互约束的作用。

使用过程：利用柔性结构支撑框架1与垫块4将支撑单元2支撑一定角度放置，通过控制支撑单元2的不同高度，根据工艺要求形成一个适应于待烧结零件结构特征的柔性支撑，根据需要对支撑单元2与待烧结零件5的相对高度进行调整，达到控制零件烧结过程种各部位的脱脂烧结控制。

根据使用情况以及待烧结零件可搭配的支撑单元2与柔性结构支撑框架1和卡扣3所组成的柔性结构支撑，根据不同待烧结零件5在脱脂烧结过程种的情况，适应性的调整单元阵列结构排列，使变化出不同结构的柔性结构支撑适配不同待烧结零件5脱脂、烧结过程。

根据待烧结零件5烧结过程控制各点温度要求，使用不同特征结构端面的支撑单元2或通过填充不同粒径的陶瓷颗粒或石墨材料，对待烧结零件5各点升温速度、降温速度进行控制。

根据待烧结零件5情况不同，支撑单元2可至少由1组包含柔性结构支撑框架1、支撑单元2所组成的支撑单元阵列8以及卡扣3和垫快4所构成的陶瓷脱脂烧结柔性结构支撑组合而成。

柔性结构支撑框架1、支撑单元2、卡扣3和垫块4采用氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝、羟基磷灰石、磷酸三钙中的一种或几种制成；根据待烧结零件中分区要求，选择端面曲率与待烧结零件支撑面曲率一致的支撑单元进行组合，使用柔性结构支撑框架1将搭配好的支撑单元阵列装卡约束，稳定支撑单元阵列，根据待烧结零件摆放角度，采用垫块4将支撑单元阵列在放置后使支撑单元2所组成的单元阵列形成一定结构特征的柔性支撑单元阵列8，将待烧结零件放置于多个支撑单元2组成的柔性支撑单元阵列8中。

待烧结零件的支撑曲面与支撑单元2的端部之间填充陶瓷颗粒或石墨填充物，填充至待烧结零件与支撑单元2形成的阵列中，根据使用的材料在脱脂、烧结过程中对待烧结零件5位置控制，通过调整支撑单元2与待烧结零件5接触面、距离和填充物，调整待烧结零件5在脱脂、烧结过程中升温速度、降温速度，对产品零件脱脂烧结过程温度进行有效控制。

当零件放置角度变化、零件结构特征变化、零件材料变化时，只需要对支撑单元2进行调整，或更换端面为不同曲面的支撑单元2结构，即调整支撑单元而适用于同一零件不同工艺、不同零件，达到柔性结构适配不同产品零件的支撑结构设计。

一种用于上述陶瓷脱脂烧结柔性支撑装置的使用方法，适用于不同零件，具体方式如下：

根据待烧结零件5的结构特点，本申请针对如图4所示陶瓷叶片零件，将陶瓷叶片零件竖直摆放，调整柔性结构支撑竖直，如图5所示采用合扣的方式将待烧结零件5包裹于多个支撑单元2阵列形成的两个柔性结构支撑之间；在烧结过程中，如图4所示需控制叶片薄壁区域①的温度，保证同时升温、匀速降温的目的，将区域①位置处的支撑单元2与待烧结零件5表面调整为距离3～4mm间隙，在间隙中填充粒径在300～1000um的同材料陶瓷颗粒；需控制曲率变化大的区域②要求降温均匀，调整待烧结零件5中所划分区域②所接触采用圆头端面的支撑单元2，对待烧结零件5其余位置，调整支撑单元2保持1～2mm结构间隙，适用上述调整后的柔性结构支撑包裹零件进行烧结。

当需要进行工艺迭代时，调整支撑单元2与零件间间隙、接触端面形式、填充物，以达到控制零件各部位升温、降温速率。

如涡流器陶瓷零件，将涡流器陶瓷零件沿轴向垂直放置，如图6所示薄壁区域、曲率变化大区域为同一区域，将区域划分为区域③；零件中心壁厚均匀、结构大体为锥心划分为区域④，通过调整支撑单元2保持与区域③间隙为3～4mm，由于需控制区域③升温均匀，区域③内支撑与零件间隙内填充100～200um粒径的同材料陶瓷颗粒，保证区域④处支撑单元与零件间隙为1～2mm，有效控制零件升温速度、降温速度以及零件均匀性，保证烧结零件尺寸精度。

如上述具体实施方案所示，根据不同零件不同需求，通过调整支撑单元2的位置、或选用不同截面形状、不同端面的支撑单元2并结合垫块4以调整柔性支撑单元整列8以适应不同零件结构，如图5所示通过组合一个或多个的柔性结构支撑以完成整个零件的工装放置。

按照不同工艺需求，通过调整支撑单元2与零件表面相对位置，调整填充物如不同粒径陶瓷颗粒、或石墨等不同导热率化学稳定的材料来调整零件脱脂、烧结过程中温度变化，以达到有效控制零件5脱脂、烧结过程中的参数控制，提高脱脂、烧结过程中合格率。

本发明陶瓷脱脂烧结柔性支撑装置，根据不同特征结构的零件以及各零件脱脂、烧结过程中温度控制要求，同一种结构的陶瓷脱脂烧柔性结构支撑通过选用适当的支撑单元组成支撑单元整列利用框、卡扣进行固定、结合垫块，通过调整支撑单元与零件间隙的间距、调整零件与支撑单元中间隙中填充材料来达到一种结构的柔性结构支撑适用于不同特征结构零件的脱脂烧结支撑结构工装。