ICSICS25.020CCSJ30團體標準T/CASME1964—2025增材制造碳化硅基陶瓷光固化成型工藝與技術規(guī)范Additivemanufacturingprocessandtechnicalspecificationsforsiliconcarbide-basedceramicphotocuringmolding2025-04-03發(fā)布2025-04-30實施中國中小商業(yè)企業(yè)協(xié)會發(fā)發(fā)布T/CASME1964—2025前言 I1范圍 2規(guī)范性引用文件 3術語和定義 4設備系統(tǒng) …15原材料 …26操作人員、環(huán)境與安全 …37工藝過程 …3附錄A(規(guī)范性)碳化硅基陶瓷光固化成型工藝流程 …7T/CASME1964—2025前言本文件按照GB/T1.12020《標準化工作導則第1部分:標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由東莞理工學院提出。本文件由中國中小商業(yè)企業(yè)協(xié)會歸口。本文件起草單位:東莞理工學院、清華大學、西北工業(yè)大學、濰坊凱華碳化硅微粉有限公司、西安航晨機電科技股份有限公司、深圳奇遇科技有限公司、蘇州中瑞智創(chuàng)三維科技股份有限公司、武漢因泰萊激光科技有限公司、武漢三維陶瓷科技有限公司、廣東金瓷三維技術有限公司、江蘇乾度智造高科技有限公司、青島博瑞科增材制造有限公司。本文件主要起草人:劉偉、朱文志、王、宋菊青、謝志鵬、范彬彬、欒新剛、梅輝、辛國棟、閆雷雷、ⅢT/CASME1964—2025增材制造碳化硅基陶瓷光固化成型工藝與技術規(guī)范本文件規(guī)定了增材制造碳化硅基陶瓷光固化成型工藝的設備系統(tǒng)、原材料、操作人員、環(huán)境與安全、工藝過程。本文件適用于增材制造碳化硅基陶瓷光固化成型的工藝。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中,注日期的引用文件,僅該日期對應的版本適用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T9103工業(yè)硬脂酸GB14554惡臭污染物排放標準GB25493以激光為加工能量的快速成形機床安全防護技術要求GB26503快速成形機床安全防護技術要求GB/T350222018增材制造主要特性和測試方法零件和粉末原材料GB/T35351增材制造術語GB/T35493鈦酸酯偶聯(lián)劑GB/T37698增材制造設計要求、指南和建議QB/T2153工業(yè)油酸3術語和定義GB/T35351界定的術語和定義適用于本文件。4設備系統(tǒng)4.1系統(tǒng)組成碳化硅基陶瓷光固化成型設備應至少包含激光器、控制系統(tǒng)、光束聚焦掃描系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、鋪料系統(tǒng)、升降工作臺等。4.2要求4.2.1光固化成型設備的檢驗、驗收應符合設備廠商或相關標準要求。4.2.2光固化成型設備交付前應有合格證明文件,且各項技術指標參數(shù)符合工藝相關要求。4.2.3設備使用說明文件應包含定期檢查的項目、周期和標準。4.2.4用于光固化成型工藝過程的儀器儀表應按有關規(guī)定定期計量檢定、校準。T/CASME1964—20255原材料5.1碳化硅基陶瓷5.1.1應采用(Ta,Hf)C-sic的復相陶瓷作為原材料。5.1.2復相陶瓷原材料的基本特性數(shù)據(jù)應由供應商提供,主要包括以下特性: 粉末粒度及分布; 形狀和形態(tài); 顆粒分散狀態(tài); 比表面積; 最大吸附值(高效液相色譜); 密度(振實密度、松裝/表觀密度); 流動性; 透光率; 折射率; 結晶溫度; 玻璃化轉變溫度等。5.2光固化樹脂5.2.1組成要求光固化樹脂包括樹脂單體、分散劑、光引發(fā)劑和助劑。5.2.2性能要求5.2.2.1光固化樹脂應與陶瓷粉末間具有良好的潤濕性,與陶瓷粉末混合后可形成較穩(wěn)定的膠體漿料。5.2.2.2光固化樹脂應滿足在常溫下呈液態(tài),并在特定波長光照射下能夠迅速固化。5.2.2.3光固化樹脂應滿足在低于陶瓷燒結溫度下能分解成氣體排出陶瓷坯體。5.2.3樹脂單體樹脂單體的基本特性數(shù)據(jù)應由供應商提供,主要包括以下特性: 黏度; 光敏度; 固化收縮率; 固化速率; 溶脹; 臨界曝光量; 透射深度; 液態(tài)密度; 折射系數(shù); 開啟包裝后的最長使用時間等。5.2.4分散劑分散劑應具有使陶瓷粉末均勻分散于光固化漿料中,并穩(wěn)定漿料、降低黏度的作用。2T/CASME1964—20255.2.5光引發(fā)劑光引發(fā)劑應滿足吸收特定波長光后引起樹脂單體迅速交聯(lián)并固化,形成包含有陶瓷粉末的固態(tài)聚合物網(wǎng)狀基質。5.2.6助劑5.2.6.1助劑應與陶瓷粉末和光固化樹脂相容,不應在漿料制備或光固化過程中引起不良反應。5.2.6.2在脫脂和燒結過程中,助劑應在高溫下保持穩(wěn)定,無分解或揮發(fā)現(xiàn)象。5.2.6.3助劑應均勻分散在陶瓷漿料中。6操作人員、環(huán)境與安全6.1操作人員操作人員應接受培訓合格后方可操作設備,培訓內容包括但不限于增材制造設備和輔助設備的操6.2環(huán)境6.2.1工藝操作應在特定的溫度、濕度范圍內進行,光固化樹脂應隔絕自然光,防止變性。6.2.2生產過程產生的污染物排放應符合GB14554的規(guī)定。6.3安全6.3.1設備的安全防護應符合GB26503、GB25493的規(guī)定。6.3.2設備區(qū)域及制件處理區(qū)域不應采用含紫外光的照明設備。7工藝過程7.1工藝流程碳化硅基陶瓷光固化成型工藝流程應符合附錄A的規(guī)定。7.2模型設計7.2.1應按照GB/T37698的規(guī)定進行模型設計,模型文件應能轉化為設備可識別的格式?？赏ㄟ^逆向掃描輸入三維建模軟件實現(xiàn)零件模型建立或直接通過三維建模軟件建立零件模型。7.2.2在進行模型設計時應符合以下規(guī)定: 采用靜動態(tài)法、三點抗彎法、單邊切口梁法和壓痕法等分別對負載有平行電極的料槽不同旋轉角度與改性復相陶瓷的彈性模量、抗彎強度、斷裂韌性和硬度等力學性能進行分析評價,并通過韋布爾模數(shù)評估材料的離散型和可靠性; 對不同載荷下料槽在單層不同旋轉角度的應力分布進行模擬; 在不同載荷條件下,通過對碳化硅陶瓷的組分調節(jié)、顯微結構剪裁及燒結動力學調控熱膨脹系數(shù)、彈性模量并同時控制多元組分的層厚,調控適于服役條件下的界面應力; 建立界面應力與力學性能之間的映射關系模型或數(shù)學力學模型,保證界面應力與陶瓷的材料成分、外加載荷、層厚等參數(shù)之間存在最優(yōu)關系; 建立增材制造層間界面應力協(xié)同強韌效應、碳纖維材料的尺度強韌效應和陶瓷材料力學性能之34T/CASME1964—2025間的映射關系模型或數(shù)學力學模型。7.2.3模型擺放位置設計符合以下原則:a)模型沿成型和升降平臺的中心區(qū)域擺放,成型和升降平臺邊緣應留有適當間距;b)根據(jù)成型區(qū)域確定合適的模型數(shù)量,相鄰模型應間留有適當間距,防止干涉。7.2.4模型支撐添加設計符合以下原則:a)需要添加支撐的懸空部位,在不影響使用性能的前提下,懸空模型與底平面的夾角宜大于35。;b)添加支撐的角度宜為45",可根據(jù)模型結構進行調整;C)結構復雜的模型面宜朝上擺放,模型弧形面與底平面呈45"擺放或直立擺放。7.3數(shù)據(jù)處理7.3.1設計完成的數(shù)據(jù)模型在軟件中導出的文件格式應為STL等切片軟件支持的三維格式類型,并在軟件中進行檢測,檢測對象包含但不限于法向方向、三角面片質量、最小壁厚。7.3.2切片分層處理時,根據(jù)成型設備參數(shù),選擇合適的切片厚度,預判成型時間,形成成型文件。7.4陶瓷材料預處理7.4.1陶瓷改性制備陶瓷漿料前,應采用甲基丙烯酰氯對(Ta,Hf)C-sic復相陶瓷粉體進行表面接枝改性。并按以下要求進行檢測: 采用高分辨透射電鏡(HRTEM)表征被包覆粉體的形貌及分散狀態(tài),并采用傅立葉紅外光譜分析儀表征改性機理; 采用粒度分布儀和比表面分析儀分別表征粒度分布和比表面積; 采用高性能液相色譜儀測定不同碳鏈長度的表面改性劑的最大吸附值。7.4.2陶瓷漿料制備7.4.2.1制備陶瓷漿料時宜對陶瓷粉體進行改性處理,針對不同改性目的,宜進行以下處理: 采用符合GB/T9103要求的不同含量硬脂酸對陶瓷粉體進行預改性,在陶瓷粉體顆粒表面形成穩(wěn)定且厚度可控的包覆層,以改善陶瓷粉體和有機黏結劑的相容性; 采用符合QB/T2153要求的油酸對氧化鋯粉體進行預改性,以打破粉體團聚,抑制燒結過程中異常晶粒長大; 采用符合GB/T35493要求的鈦酸酯偶聯(lián)劑進行預改性,以降低燒結溫度。7.4.2.2應通過球磨、超聲、攪拌等方法將陶瓷粉末與液態(tài)光固化樹脂混合均勻。7.4.2.3成型前應調整陶瓷粉末在混合液中的固體顆粒含量,應控制混合液黏度、懸浮液體積比、折射系數(shù)、陶瓷粉末顆粒大小等相關物理量。7.5參數(shù)設定應根據(jù)光固化樹脂的性能、制件加工需求和工藝參數(shù)包等因素設計工藝參數(shù)。工藝參數(shù)包括但不限于: 曝光層厚; 曝光時間; 曝光強度; 樹脂回流等待時間; Z軸移動速度。5T/CASME1964—20257.6光固化成型7.6.1開機前的檢查7.6.1.2檢查Z軸成型和升降平臺,Z軸成型和升降平臺平整度應符合要求。7.6.2設備自檢開啟設備自檢程序,各設備應處于完好狀態(tài)。7.6.3成型過程7.6.3.1應對主要工藝參數(shù)進行記錄,具體的工藝參數(shù)監(jiān)控和記錄由供需雙方協(xié)商確定。7.6.3.2成型過程中若出現(xiàn)報警、中斷等異常,應對異常進行記錄和評估,并根據(jù)評估結果進行處置。7.6.3.3在成型過程中,宜關注制件與成型和升降平臺是否出現(xiàn)粘連、位移情況,發(fā)現(xiàn)粘連或位移應及時處理。7.6.4制件取出成型結束后,將制件的光固化樹脂液體滴淋干凈后再取出制件。7.7初檢查7.7.1目視檢查制件,外表不應有變形、錯層、缺失等缺陷。7.7.2可通過顯微結構演變、氣孔演變和燒結動力學的角度檢查制件,微觀結構不應有坍塌、變形的缺陷。7.7.3在不影響預期要求的情況下,外表宜通過對制件采用修補、變形校正、機械加工等方式進行修復;微觀結構宜采用冷等靜壓后處理的方式進行修復。7.8后處理應使用高壓清洗機、超聲清洗機、高壓氣、防靜電毛刷等工具對成型后的坯體進行清潔。7.8.2去除支撐去除支撐時,不應損壞制件本身。7.9脫脂燒結7.9.1工藝參數(shù)7.9.1.1陶瓷坯體脫脂及燒結工藝參數(shù)應通過試驗確定。工藝參數(shù)包括但不限于:a)升溫速率;b)最高溫度;C)保溫時間。7.9.1.2燒結溫度宜控制在1600℃。T/CASME1964—20257.9.2脫脂要求7.9.2.1脫脂后零件中的光固化樹脂等有機物去除率應大于99%。7.9.2.2脫脂燒結后的固體成型件不應產生裂紋、氣孔、夾生和翹曲變形等缺陷。7.9.3燒結方法陶瓷零件的燒結應根據(jù)陶瓷特性與使用需求等選擇不同的燒結方法,主要包括常壓燒結、真空燒結、氣壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結、微波燒結、放電等離子體燒結、自蔓延致密化燒結等方法。7.10表面處理7.10.1燒結后按供需雙方協(xié)商,使用拋光機、手工打磨、上色機等方法對固體成型件表面進行后處理。7.10.2表面處理過程中應與三維模型對照,不應破壞成型件本身結構。7.11質量檢驗7.11.1成品交付前應進行質量檢驗,由供需雙方協(xié)商確定抽樣方式、檢測項目和技術指標作為交付及驗收條件。7.11.2通過光固化增材制造工藝制備的成品主要包括以下特性: 表面特性:外觀、表面粗糙度、顏色、光透性等; 幾何特性:尺寸、長度及角度公差、幾何公差等; 機械特性:維氏硬度、斷裂韌性、彈性模量、壓縮性能、拉伸性能、彎曲性能、沖擊性能、疲