基于3d打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種硫系玻璃元件制備方法，特別是涉及一種基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硫系玻璃是指以元素周期表VIA族元素S、Se、Te為主并引入一定量的其他元素所形成的玻璃。是一種具有優(yōu)良的紅外透過性能的特種玻璃材料，以其在紅外波段透過光譜范圍寬、光熱特性穩(wěn)定、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異、性能連續(xù)可調(diào)、制備成本低容易加工以及與單晶鍺等紅外晶體材料在一些性能上具有互補(bǔ)性等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于軍用(夜視槍瞄、紅外肩扛導(dǎo)彈、戰(zhàn)機(jī)夜視巡航等)和民用(汽車夜視、安防監(jiān)控等)紅外系統(tǒng)中，其市場(chǎng)前景巨大。
[0003]硫系玻璃需要將其加工成形面復(fù)雜的光學(xué)元件來消除其自身較大色散系數(shù)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響，因此成形和加工技術(shù)，已成為紅外硫系玻璃應(yīng)用時(shí)，亟待突破技術(shù)難點(diǎn)之一。目前，硫系玻璃加工主要有以下三種方式:
[0004](I)傳統(tǒng)磨削加工:該方法周期長(zhǎng)，成品率低，材料利用率低，無法加工復(fù)雜形面光學(xué)元件；
[0005](2)金剛石單點(diǎn)車削:該方法可以加工復(fù)雜形面的光學(xué)元件，精度高，但具有加工效率低，成本高的缺點(diǎn)；
[0006](3)精密模壓成形:該方法適宜復(fù)雜形面光學(xué)元件的批量成形，但是精密成形模具成本過高，無法滿足產(chǎn)品多樣性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的主要目的在于，提供一種基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃制備方法，所要解決的技術(shù)問題是使其可用于各種微型和復(fù)雜形狀硫系玻璃元件的快速、低成本制造，從而更加適于實(shí)用。
[0008]本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，將基礎(chǔ)的硫系玻璃耗材拉絲，纏繞至3D打印設(shè)備卷軸處，通過激光燒結(jié)、逐層鋪絲和粗退火處理，得到所需形狀的硫系玻璃元件。
[0009]優(yōu)選的，前述的基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，其中所述的硫系玻璃耗材拉絲長(zhǎng)度不小于100m。
[0010]優(yōu)選的，前述的基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，其中所述的3D打印設(shè)備的玻璃絲卷軸，其保護(hù)殼由上下兩段通過螺栓、螺母緊固而成。
[0011]優(yōu)選的，前述的基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，其中所述的3D打印過程在系統(tǒng)低于I.0 X 10—2Pa高真空環(huán)境下進(jìn)行。
[0012]優(yōu)選的，前述的基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，其中所述的激光熔融燒結(jié)，包括:使用具有功率和光斑直徑可調(diào)節(jié)的激光發(fā)射器，用以預(yù)熱并燒結(jié)待打印區(qū)域，通過調(diào)節(jié)激光功率和激光斑點(diǎn)的直徑控制加熱區(qū)域的溫度。
[0013]優(yōu)選的，前述的激光熔融燒結(jié)，其中所述的激光發(fā)射器功率為10-200W，光斑直徑為0.1-1.0mm0
[0014]優(yōu)選的，前述的基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，其中所述的逐層鋪絲，是根據(jù)計(jì)算機(jī)事先設(shè)定程序，開始硫系玻璃絲3D逐層打印。
[0015]優(yōu)選的，前述的基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，其中所述的粗退火處理為使用3D打印設(shè)備底部加熱板和側(cè)面輔助加熱形式減少預(yù)制件的熱應(yīng)力，工作時(shí)溫度控制在為100-300°C，控溫精度土 3°C。
[0016]優(yōu)選的，前述的基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，其中所述的硫系玻璃元件在粗退火，破壞真空環(huán)境后，系統(tǒng)保持高純惰性氣體環(huán)境中。
[0017]借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明一種基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn):
[0018](I)不需要模具，可解決復(fù)雜形狀硫系玻璃元件成型困難、精度低、模具損耗大等難題。
[0019](2)生產(chǎn)速度快，可提高形狀復(fù)雜、多品種、小批量元件的生產(chǎn)效率和成品率。
[0020](3)解決了玻璃3D打印成型技術(shù)中的玻璃輸料供料、高溫熔融、成型等問題，能有效的完成硫系玻璃元件的3D打印。
[0021]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)說明如后。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的一種基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法其【具體實(shí)施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。在下述說明中，不同的“一實(shí)施例”或“實(shí)施例”指的不一定是同一實(shí)施例。此外，一或多個(gè)實(shí)施例中的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特點(diǎn)可由任何合適形式組合。
[0023]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出的一種基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，將基礎(chǔ)的硫系玻璃耗材拉絲，纏繞至3D打印設(shè)備卷軸處，通過激光燒結(jié)、逐層鋪絲和后續(xù)處理，得到所需形狀的硫系玻璃元件。
[0024]較佳的，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提出的一種基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，包括:將Ge12Sb28Se6O硫系玻璃拉制成直徑厚度為0.2mm的玻璃絲，尺寸公差±0.0lmm，長(zhǎng)度200m;將拉制的玻璃絲纏繞到3D打印設(shè)備的卷軸處固定，對(duì)系統(tǒng)抽真空至3.0 X 10—3Pa;調(diào)節(jié)激光發(fā)射器功率200W，光斑直徑1.0111111，將玻璃絲在200°(3保持401^11后，根據(jù)計(jì)算機(jī)事先設(shè)定程序，進(jìn)行激光熔融燒結(jié)，開始硫系玻璃絲3D逐層打印，玻璃絲成為具有所需形狀的元件;將上述元件在295°C原位粗退火2h，室溫后取出。
[0025]較佳的，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提出的一種基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，包括:將AS4QSe6Q硫系玻璃拉制成直徑厚度為0.3mm的玻璃絲，尺寸公差± 0.02mm，長(zhǎng)度100m;將拉制的玻璃絲纏繞到3D打印設(shè)備的卷軸處固定，對(duì)系統(tǒng)抽真空至1.0 X 10—2Pa;調(diào)節(jié)激光發(fā)射器功率100W，光斑直徑0.5111111，將玻璃絲在150°(3保持601^11后，根據(jù)計(jì)算機(jī)事先設(shè)定程序，進(jìn)行激光熔融燒結(jié)，開始硫系玻璃絲3D逐層打印，玻璃絲成為具有所需形狀和一定強(qiáng)度的元件;將上述元件在100°c原位粗退火3h，室溫后取出，放入加熱爐內(nèi)繼續(xù)精退火。
[0026]以上所述的3D打印技術(shù)是以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造為基礎(chǔ)發(fā)展而成，基本原理是通過計(jì)算機(jī)生成三維模型，再將其數(shù)字化成N層截面，打印噴頭根據(jù)每層的形狀，進(jìn)行X-Y軸水平運(yùn)動(dòng)，打印實(shí)體Z軸上下運(yùn)動(dòng)，對(duì)材料的逐層疊加完成實(shí)體產(chǎn)品制造。在本發(fā)明實(shí)施例中所述的3D打印設(shè)備為現(xiàn)有技術(shù)。任何現(xiàn)有的可以應(yīng)用于本發(fā)明的3D打印設(shè)備皆可以應(yīng)用在本發(fā)明中。
[0027]例如，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例采用的3D打印設(shè)備采用主控制器通過升降機(jī)構(gòu)而驅(qū)動(dòng)成型托板下降，以令成型托板的上方形成液態(tài)硫系玻璃，液態(tài)硫系玻璃固化而形成二維圖形，每一層二維圖形成型完成后，通過主控制器控制升降機(jī)構(gòu)向下移動(dòng)成型托板，移動(dòng)距離為一層厚，使得成型托板上方再覆蓋一層硫系玻璃，以實(shí)現(xiàn)逐層掃描照射，獲得整個(gè)三維模型的實(shí)體成型產(chǎn)品。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，其特征在于:將基礎(chǔ)的硫系玻璃耗材拉絲，纏繞至3D打印設(shè)備卷軸處，通過激光燒結(jié)、逐層鋪絲和粗退火處理，得到所需形狀的硫系玻璃元件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，其特征在于，所述的硫系玻璃耗材拉絲長(zhǎng)度不小于100m。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，其特征在于，所述的3D打印設(shè)備的玻璃絲卷軸，其保護(hù)殼由上下兩段通過螺栓、螺母緊固而成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，其特征在于，所述的3D打印過程在系統(tǒng)低于1.0 X 10—2Pa高真空環(huán)境下進(jìn)行。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，其特征在于，所述的激光熔融燒結(jié)，包括:使用具有功率和光斑直徑可調(diào)節(jié)的激光發(fā)射器，用以預(yù)熱并燒結(jié)待打印區(qū)域，通過調(diào)節(jié)激光功率和激光斑點(diǎn)的直徑控制加熱區(qū)域的溫度。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光熔融燒結(jié)，其特征在于，所述的激光發(fā)射器功率為10-200W，光斑直徑為0.1-1.0mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，其特征在于，所述的逐層鋪絲，是根據(jù)計(jì)算機(jī)事先設(shè)定程序，開始硫系玻璃絲3D逐層打印。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，其特征在于，所述的粗退火處理為使用3D打印設(shè)備底部加熱板和側(cè)面輔助加熱形式減少預(yù)制件的熱應(yīng)力，工作時(shí)溫度控制在為100-300°C，控溫精度土 3°C。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，其特征在于，所述的硫系玻璃元件在粗退火，破壞真空環(huán)境后，系統(tǒng)保持高純惰性氣體環(huán)境中。
【專利摘要】本發(fā)明是關(guān)于一種基于3D打印技術(shù)的硫系玻璃元件制備方法，將基礎(chǔ)的硫系玻璃耗材拉絲，纏繞至3D打印設(shè)備卷軸處，通過激光燒結(jié)、逐層鋪絲和后續(xù)處理，得到所需形狀的硫系玻璃元件。本發(fā)明不需要模具，尺寸精度可控，適用于各種微型和復(fù)雜形狀硫系玻璃元件的快速、低成本制造，解決了玻璃3D打印成型技術(shù)中的玻璃輸料供料、高溫熔融、成型等問題，能有效的完成硫系玻璃元件的3D打印。
【IPC分類】C03B37/15
【公開號(hào)】CN105541108
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510906201
【發(fā)明人】趙華, 祖成奎, 劉永華, 韓濱, 陳江, 趙慧峰, 王衍行, 金揚(yáng)利, 何坤
【申請(qǐng)人】中國建筑材料科學(xué)研究總院
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月9日