[發明專利]一種基于速溶無機粘結劑的粉末3D打印方法

有效

• 申請號: 201410384583.2
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN104149348A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 田小永;楊春成;李滌塵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00;B22F3/22
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明涉及粉末3D打印技術領域，具體涉及一種基于速溶無機粘結劑的粉末3D打印方法。

背景技術

速溶泡花堿是工業中常用的一種無機高溫粘結劑，常用的為速溶硅酸鈉，要求較高時可用速溶硅酸鉀，如果以水為溶液，速溶泡花堿可以很快溶解于在水里，形成具有很強粘結能力的粘結劑，它廣泛用于翻砂鑄造工業、陶瓷工業、涂料工業、保溫材料中粘結劑、電焊條用粘結劑、耐酸水泥、快干水泥及其它水泥中助劑。

粉末3D打印(3DP)是一種利用微滴噴射、粉末粘結技術的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劑，使部分粉末粘結，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，繼而選區噴射粘結劑，成形薄層同時也會與已成形零件粘為一體；不斷循環此過程，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、燒結等，從而得到最后的零件。

然而，傳統粉末3D打印工藝多采用有機粘結劑體系，而這種粘結劑體系主要存在以下兩個方面的缺點：

1)有機物粘結劑穩定性不好，容易變質，難以長期儲存，而且還具較多的儲存要求，同時這種粘結劑也容易腐蝕輸送管道和打印噴頭，其變性后可能會造成噴頭的堵塞，從而造成工藝不穩定，影響到整個粉末3D打印過程；

2)粉末3D打印所得到的零件通常需要進行脫脂、煅燒等后處理，以得到具有較好力學性能和精度的功能性零件，但是，由于有機物高溫的物理、化學不穩定性，采用有機物粘結劑的粉末3D打印制造出來的零件在脫脂、煅燒后，制品難以獲得較高的致密度及高溫強度，同時可能產生有毒氣體。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于速溶無機粘結劑的粉末3D打印方法，實現具有復雜結構制品的粉末3D打印快速制造，也保證了制造過程的環保性，降低了生產成本，提高了產品質量。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種基于速溶無機粘結劑的粉末3D打印方法，包括以下步驟：

1)以質量份數計，采用50-100份去離子水作為3D打印機粘結劑，添加0-50份助揮發劑提高粘結劑的干燥速度，添加0-5份著色劑進行粘結劑的著色，添加0-5份改性劑進行粘結劑的改性，以上混合溶液作為粉末3D打印所使用的粘結劑；

2)采用1-10份粉狀速溶泡花堿作為固體粘結劑，與80-99份3D打印機原料粉末進行混合，再加入0-10份助熔劑進行粉末性能的調節，以上所形成的混合粉末作為粉末3D打印的材料；

3)采用20-40份步驟1)配制的粘結劑與60-80份步驟2)制備的混合粉末進行粉末3D打印，打印完成后保存打印零件在粉末3D打印機內部進行自然干燥，或者送入到熱干燥箱或微波干燥箱中進行干燥；干燥完成后，去除未粘結粉末，并進行高溫燒結，獲得高強度零件。

所述的助揮發劑為酒精、丙酮或甲醇。

所述的著色劑為有機墨水或無機墨水。

所述的改性劑為常用的增稠劑、表面改性劑或分散劑。

所述的速溶泡花堿為鈉泡花堿或鉀泡花堿。

所述的原料粉末為陶瓷、硅藻土、砂或石膏的粉末。

所述的助熔劑為氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化鉀(K₂O)、氧化鈉(Na₂O)、氧化鉛(PbO)、氧化硼(B₂O₃)或氧化鋅(ZnO)。

本發明的優點是采用以水和速溶泡花堿形成的粘結劑作為粉末3D打印工藝的粘結劑，因此對于粉末3D打印噴頭而言，只需要裝入粘度近于水的溶液，其性能穩定、更易于保存，而且不易堵塞噴頭，對噴頭無腐蝕作用，可以獲得更加適宜的表面張力，從而可以實現具有復雜結構制品的粉末3D打印快速制造，也保證了制造過程的環保性，降低了生產成本，提高了產品質量。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做詳細描述。

實施例1

一種基于速溶無機粘結劑的粉末3D打印方法，包括以下步驟：

1)以質量份數計，采用99份去離子水作為3D打印機粘結劑，添加1份酒精作為助揮發劑提高粘結劑的干燥速度，不添加著色劑進行粘結劑的著色，也不添加改性劑進行粘結劑的改性，以上混合溶液作為粉末3D打印所使用的粘結劑；