[發明專利]一種陶瓷材料的3D打印成型方法

在審

• 申請號: 201710321601.6
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN108858658A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 陸庚
• 申請（專利權）人: 佛山市高明區尚潤盈科技有限公司
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B28B11/24
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 鄧義華;陳衛

本發明提出一種陶瓷材料的3D打印成型方法，采用具有低溫冷凍特性的溶膠與陶瓷或金屬等粉體混合制備成具有冷凍凝膠性質的漿料，漿料通過打印頭噴射在低溫的打印平臺上冷凍、凝膠固化，逐層打印得到各類材料和產品。本發明利用某些溶膠在低溫冷凍狀態下會凝膠固化的特性，原材料制備工藝簡便快捷，成本低，只要能夠在冷凍狀態下凝膠固化即可，拓展了3D打印技術的應用領域。

技術領域

本發明涉及一種陶瓷材料的3D打印成型方法，屬于功能、結構陶瓷材料3D打印技術領域。

背景技術

3D打印是一種三維實體快速成型制造技術，綜合了計算機圖形處理、數字化信息和控制、激光技術、機電技術和材料技術等多項技術的優勢，這種技術起源于1988年誕生的“快速原型制造”技術。快速原型制造技術采用了一種全新的無模具自由成型原理來制造三維實體零件，通過逐漸增加材料的方法得到一定的三維形狀。這種成型方法不需要模具，省去了模具設計、制造以及合模、脫模等過程，顯著縮短了研發和制造周期，降低了產品的成本。

3D打印的基本工作原理是離散-堆積。首先將產品的物理形狀通過造型軟件或三維掃描儀轉化為三維數字立體模型，用分層軟件將此模型在Z軸離散，形成一系列具有特定厚度的薄層。然后利用各種方法將這一系列薄層逐層堆積起來。最后經過適當的后處理方法，得到所需的產品。

3D打印成型技術可分為兩大類：第一類是基于激光技術的成型方法，如立體光刻(Sterolithography Apparatus，SLA)、紙疊層(Laminated Object Manufacturing，LOM)、選擇性激光燒結(Select ive Laser Sintered，SLS)、選擇性激光熔化(Select ive LaserMelted，SLM)等；第二類是非激光技術的成型方法，如熔絲沉積(Fused Depos itionModeling，FDM)、掩膜光固化(Mask Stereolithography，MS)、沖擊微粒制造(BallisticParticle Manufacturing，BPM)、實體磨削固化(Solid Ground，SGC)等。從目前發展情況來看，非激光技術不需要昂貴的激光系統，設備運行的可靠性較好，已經超過了基于激光的3D打印技術，成為快速成型技術的主流。但這些3D打印技術對所采用的原材料要求較高，如粉體原料的形狀和尺寸要便于輸運、光固化原材料則要根據工藝要求添加分散劑、阻聚劑、多種光引發劑等成分，這些原料通常均需要根據特定原理和設備由專門的廠家合成或制造，限制了3D打印技術的進一步推廣應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術不足，提供了一種通用性好、成本低、便于推廣的陶瓷材料的3D打印成型方法。

本發明的技術解決方案：一種陶瓷材料的3D打印成型方法，包括以下步驟：

建立產品的三維模型，對模型進行分層處理，建立3D打印程序。

三維模型中每一分層截面結構的厚度不能太厚，否則會影響兩層之間的結合，三維模型中每一分層截面結構的厚度不超過0.5mm即可滿足要求。

制備具有冷凍凝膠性質的漿料，

具有冷凍凝膠性質的漿料由溶膠和粉體原料混合均勻而成，本發明所選用的溶膠在低溫冷凍狀態下會凝膠固化，固化的坯體在解凍溫度以上時仍保持冷凍時的形狀和尺寸，充分干燥后也沒有顯著變形和收縮。常用的此類具有冷凍凝膠性質的溶膠包括硅溶膠、鋁溶膠、莫來石溶膠和鋯溶膠，但不以此為限，優選固相體積分數為10～25％的硅溶膠。粉體原料包括陶瓷粉體或含金屬元素的粉體等，可以由金屬和/或一種或多種元素的氧化物、混合氧化物、氮化物或碳化物組成，金屬可以鎂、鋁、鉀、鈣、鈦、鐵、銅、鋅、錫、鉛等，元素包括硼、鈉、鎂、鋁、硅、鉀、鈣、鐵、銅、鋅、釔、鋯、錫、鉛、鋇等，具體粉體種類根據所要制備的產品確定。漿料中還可根據工藝需要加入分散劑、粘結劑等其他添加劑。