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壓電陶瓷是一類基于力電耦合效應(yīng)的功能電子陶瓷，可以將機(jī)械力與電場(chǎng)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，成為應(yīng)用于超聲、能量收集和執(zhí)行器等領(lǐng)域的關(guān)鍵材料。目前常用的壓電材料有聚合物壓電材料和陶瓷類壓電材料，其中陶瓷類壓電材料憑借價(jià)格低廉、生產(chǎn)工藝成熟、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，占據(jù)了較大的份額。其中，鈦酸鋇（BaTiO3）陶瓷因介電常數(shù)高、壓電系數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)良好而被廣泛研究，是商業(yè)潛力較大的一種無(wú)鉛壓電陶瓷。

陶瓷具有硬且脆的特性，因此制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)的異形陶瓷具有較大難度。注射成型、機(jī)械加工等傳統(tǒng)的陶瓷成型方法成本高，加工精度及加工形狀有限，且制備的陶瓷存在內(nèi)在缺陷。3D 打印又被稱為增材制造，是集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)及高分子材料等先進(jìn)技術(shù)為一體的現(xiàn)代工業(yè)制造技術(shù)。3D 打印技術(shù)是通過點(diǎn)到線、線到面、面到體的加工方式，層層堆積得到三維物體，優(yōu)點(diǎn)在于材料利用率高、浪費(fèi)少，生產(chǎn)制造過程中無(wú)需模具，這可以提高生產(chǎn)效率，大幅度節(jié)約成本。此外，3D 打印可加工形狀多變、復(fù)雜、尺寸可調(diào)的物體。

圖1 陶瓷3D打印

近年來，3D 打印是制備小尺寸高精度異形壓電陶瓷的較優(yōu)技術(shù)。但當(dāng)大量的陶瓷粉末添加到光敏樹脂體系中，由于靜電力和范德華力，陶瓷顆粒的團(tuán)聚是不可避免的。為了解決上述技術(shù)問題，我們提供了用TRILOS三輥機(jī)和混料脫泡機(jī)均勻分散BaTiO3壓電陶瓷漿料的方法。三輥機(jī)的主要作用是依靠壓力和剪切力來克服漿料的內(nèi)聚力，達(dá)到粉碎和分散漿料的目的。混料脫泡機(jī)的原理是樣品放入高速旋轉(zhuǎn)的容器內(nèi)，采用公自轉(zhuǎn)離心設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可以有效去除漿料中的亞微米級(jí)氣泡。

TRILOS TR80A型三輥機(jī)為實(shí)驗(yàn)室型三輥機(jī)的中間型號(hào)。其0.02L/hour至最高20L/hour的處理量解決了用戶從實(shí)驗(yàn)室測(cè)試到中小規(guī)模試產(chǎn)的跨越銜接問題。高度創(chuàng)意化的設(shè)計(jì)令設(shè)備結(jié)構(gòu)更為緊湊小巧，可便于安置在實(shí)驗(yàn)室桌面使用。極富親和力的人機(jī)界面由全觸控工業(yè)控制屏來實(shí)現(xiàn)。他的在線間隙修正和配方菜單功能使設(shè)備使用操作更為輕松，令用戶不再面對(duì)冰冷的設(shè)備，而是以交互式的操作方式來進(jìn)行控制。

圖2 TRILOS TR80A 三輥機(jī)

實(shí)驗(yàn)步驟：

首先將分散劑、光引發(fā)劑依次加入光敏樹脂中，并通過超聲分散的方式使其溶解并分散均勻。然后將BaTiO3粉體與樹脂混合，使用TRILOS TR80A三輥機(jī)（圖2）對(duì)漿料進(jìn)行分散處理。使用TRILOS PM300V混料脫泡機(jī)（圖3左）排出漿料內(nèi)部的氣泡，以減少打印后坯體內(nèi)部缺陷。最后，使用SZ-800 DLP 光固化陶瓷3D 打印機(jī)（圖3右）進(jìn)行打印，得到BaTiO3胚體。

圖3 TRILOS PM300V混料脫泡機(jī)（左）和SZ-800 DLP 光固化陶瓷3D 打印機(jī)（右）

結(jié)果與討論：

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