[發(fā)明專利]一種使用光敏溶膠粘結(jié)劑的粉末3D打印方法

有效

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• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN103935036A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田小永;楊春成;曹毅;同治強;張瑩瑩;李滌塵
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00;B28B1/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及粉末3D打印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種使用光敏溶膠粘結(jié)劑的粉末3D打印方法。

背景技術(shù)

粉末3D打印（3DP）是一種利用微滴噴射、粉末粘結(jié)技術(shù)的3D打印方法。噴頭在計算機控制下，按照當前分層截面的信息，在事先鋪好的一層粉末材料上，有選擇性地噴射粘結(jié)劑，使部分粉末粘結(jié)，形成一層截面薄層；一層成形完后，工作臺下降一個層厚，進行下一層的鋪粉，繼而選區(qū)噴射粘結(jié)劑，成形薄層同時也會與已成形零件粘為一體；不斷循環(huán)此過程，直至零件加工完為止；通常所成形的零件還需要一定的后處理，如干燥、燒結(jié)等，從而得到最后的零件。

然而，現(xiàn)有的粉末3D打印方法存在著以下幾個問題：

一、現(xiàn)有的粉末3D打印使用的普通粘結(jié)劑大多都是單組分揮發(fā)型的膠水，因此涂敷在粉末表面后還需一定的時間晾干，以保證膠水中的揮發(fā)液揮發(fā)從而使粉末顆粒之間粘連，而在這一過程中，選區(qū)中的粉末與非選區(qū)中的粉末容易互相轉(zhuǎn)移，降低精度；其次，在3D打印過程中，普通粘結(jié)劑在噴頭處就容易發(fā)生揮發(fā)，因此經(jīng)常會造成噴印頭堵塞。

二、粉末3D打印出來的零件一般致密度不高，需要燒結(jié)、液相滲透等后處理，現(xiàn)有的粉末3D打印方法所制造的零件由于粘結(jié)劑的粘結(jié)性能問題，即使經(jīng)過適當?shù)暮筇幚恚渲旅芏扰c強度也不高，并且收縮較大；而且，現(xiàn)有的粉末3D打印方法在后處理過程中，會有有機物燒蝕后的有害氣體，污染環(huán)境，危害人體。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種使用光敏溶膠粘結(jié)劑的粉末3D打印方法，零件的強度大大提高，收縮率也有所減小；并且，粘結(jié)劑在成型件上溶于水，易于清洗，且環(huán)保無污染。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種使用光敏溶膠粘結(jié)劑的粉末3D打印方法，包括下列步驟：

1）以質(zhì)量分數(shù)計算，用4～6份去離子水為溶劑，12～16份溶膠為粘結(jié)劑，再加入1～3份2-羥基-甲基苯基丙烷-1-酮作為光引發(fā)劑，1～3份N,N-亞甲基雙丙烯酰胺作為交聯(lián)劑，然后加入5～10份丙烯酰胺作為反應(yīng)單體，配制成光敏溶膠粘結(jié)劑，其中溶膠采用硅溶膠、釔溶膠、納米碳溶膠、納米鋁溶膠或納米鈦溶膠，存放在外供粘結(jié)劑盒1，光敏溶膠粘結(jié)劑在動力機構(gòu)2的驅(qū)動下，由導(dǎo)管3始終補充到噴印頭4，所說的動力機構(gòu)2是微型泵；

2）在計算機中建立三維模型，并對該模型進行分層和數(shù)據(jù)處理；

3）計算機讀入當前層的工藝數(shù)據(jù)，通過控制二維運動平臺5，帶動噴印頭支架6與其上的噴印頭4，以及鋪粉輥子7進行運動；

4）在二維運動平臺5帶動鋪粉輥子7從供粉缸9端至成型缸8端運動過程中，鋪粉輥子7將供粉缸9中的粉末推送到成型缸8中并鋪平，所述的粉末是陶瓷、砂或高分子材料；

5）同時，噴印頭4按照當前分層截面的信息，在成型缸8中事先鋪好的一層粉末材料上，有選擇性地噴射光敏溶膠粘結(jié)劑，涂敷在部分粉末上，形成一層截面薄層；

6）在噴印頭4噴射光敏溶膠粘結(jié)劑的同時，將紫外光10投射在粉末平面上，使涂敷在粉末表面的光敏溶膠粘結(jié)劑迅速固化，快速粘結(jié)，所述的紫外光10來源于機器內(nèi)腔上安裝的紫外燈，或來自安裝于噴印頭支架6跟隨運動的紫外光源；

7）完成當前層的粘結(jié)后，二維運動平臺5帶動噴印頭4回到供粉缸9不臨近成型缸8的一端，然后供粉缸9上升一個分層厚度，成型缸8下降一個分層厚度；

8）重復(fù)步驟3）～步驟7），直至零件完成。

由于本發(fā)明采用光敏溶膠粘結(jié)劑，其中溶膠是硅溶膠、釔溶膠、納米碳溶膠、納米鋁溶膠或納米鈦溶膠，光敏溶膠粘結(jié)劑中含有紫外光引發(fā)劑、交聯(lián)劑，在紫外光源下可以發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而使光敏溶膠粘結(jié)劑迅速固化、粘結(jié)粉末；而且，該光敏粘結(jié)劑在見到紫外光時才會發(fā)生反應(yīng)，因此在噴印頭中不會固化粘結(jié)，不容易堵塞噴印頭；同時，這種使用光敏溶膠粘結(jié)劑的粉末3D打印方法，主要依靠溶膠作為主要成分進行粉末粘結(jié)，在后處理的燒結(jié)過程中，零件內(nèi)會產(chǎn)生大量的類似Si-O鍵、C-O鍵等化學(xué)鍵進行相互的聯(lián)接，因此，零件的強度大大提高，收縮率也有所減小；并且，光敏溶膠粘結(jié)劑在成型件上溶于水，易于清洗，且環(huán)保無污染。

附圖說明

附圖是本發(fā)明所采用的設(shè)備連接示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

一種使用光敏溶膠粘結(jié)劑的粉末3D打印方法，包括下列步驟：