光固化成型技术(SL-3D)制备的陶瓷零件具有表面质量好、成型精度高、力学性能优等特点,其在结构复杂、性能优良的陶瓷零件制造领域具有广阔的应用前景。本研究从陶瓷3D打印技术的关键问题出发,确定了氧化锆零件SL-3D打印技术的成形、脱脂和烧结工艺,并建立了脱脂过程中的热应力预测模型,为复杂陶瓷零件的快速制造提供了有价值的参考,推动了陶瓷3D打印技术的发展。本文开展了三方面的研究:①系统研究了成形过程中激光功率和成形方向对零件尺寸精度、密度和力学性能的影响,确定了最优的激光功率以及根据零件形状选择成形策略的原则;②研究了不同脱脂工艺对脱脂件的重量、形状和密度的影响,获得最优的脱脂氛围和脱脂温度,并以硬度和断裂韧性为主要评价指标,找到了烧结工艺对零件力学性能的影响规律,从而明确了最优的烧结温度及其保温时间;③分析了成形件在脱脂过程中的开裂机理,基于层合理论计算了最大热应力并通过与材料承受最大应力比较对零件脱脂过程中是否开裂进行预测。开展了成形策略(激光功率和成形方向)对零件尺寸精度和力学性能影响的研究。①首先,基于高斯光束和Lambert-Beer定律,分析了激光功率对不同成形方向尺寸精度的影响,研究了零件成形、脱脂和烧结后的尺寸变化和收缩率,确定了收缩比例因子。研究发现,叠层面的尺寸收缩大于激光扫描面,即合理选择成形策略对高精度零件的制造具有重要意义。②其次,分析了不同激光功率对零件重量、密度和孔隙率的影响;研究表明,脱脂过程减少的重量占烧结制备过程减少总重量的97.6%,而烧结过程密度增量占烧结制备密度总增量的86.9%;可见,脱脂过程是有机物去除的过程、烧结过程是零件致密化和力学性能提高的过程。③最后,通过分析激光功率对零件尺寸精度和力学性能的影响,确定360mW为最优激光功率,实现了氧化锆轴承和齿轮的SL-3D打印,制造的零件相对密度≥97%、硬度为13.1 GPa,断裂韧性为5.62MPa·m1/2,抗弯强度为1044MPa。开展了脱脂(脱脂氛围和脱脂温度)和烧结(烧结温度及其保温时间)工艺对零件尺寸精度和力学性能影响的研究。①首先,研究了氮气、氩气、氩气-空气、空气氛围下脱脂工艺对脱脂件重量、尺寸和密度的影响,明确了不同脱脂工艺下的脱脂效果、以及零件特征与合理脱脂工艺的匹配原则;研究表明,当以脱脂过程中重量减少的程度(即脱脂量)和脱脂过程中的尺寸收缩稳定性(即收缩量)为衡量指标时,空气氛围脱脂效果最好,此时脱脂件的密度较小更有利于有机物分解逸出。②其次,研究了脱脂温度对零件尺寸精度和力学性能的影响,研究发现:随着脱脂温度的升高脱脂件的重量逐渐降低;但随着脱脂温度的升高零件尺寸呈现出相同的变化趋势,并且低于1050℃时零件尺寸基本不变,高于1150℃时零件尺寸迅速缩小;当脱脂温度低于1050℃时,零件的密度基本保持不变,而高于1150℃时零件的密度迅速增大。③最后,研究了不同激光功率下烧结温度和保温时间对零件硬度和断裂韧性的影响,确定了氧化锆零件最优的烧结工艺为烧结温度1500℃、保温时间120 min,此时制备的零件硬度和断裂韧性的均值分别为13.15 GPa和5.64 MPa·m1/2。分析了烧结制备过程中零件的变形机理,基于层合理论建立了氧化锆零件脱脂过程中的热应力预测模型,提出了烧结制备过程中控形策略,实现了精准复杂陶瓷零件的SL-3D打印制备。①首先,分析了氧化锆零件在脱脂过程中变形和开裂机理,结合实验找到了影响变形的主要因素;研究发现,脱脂过程中零件自身的重力是影响变形的主要因素,同时脱脂过程材料组分的变化使热膨胀系数和弹性模量发生变化,进而变形量的不同在内部产生热应力,当超过材料所能承受的最大应力时零件发生开裂。②其次,基于层合理论将应变分为水平应变和竖直应变建立了脱脂过程中热应力预测模型,结合应力平衡方程计算了空气氛围1150℃脱脂时零件内部的最大热应力,并与氧化锆材料所能承受的应力比较确定氧化锆零件不会发生开裂。③最后,基于对成形、脱脂和烧结过程的工艺优化及变形和开裂机理分析,提出了氧化锆零件在烧结制备过程中的控形策略,实现了精准复杂陶瓷件的快速制造,获得零件抛光后表面粗糙度(Ra)为0.365 μm。