[發明專利]一種光固化3D打印用高固相含量陶瓷漿料及其制備工藝

在審

• 申請號: 201710335167.7
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107129283A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 韋華;唐明亮;湯兵;沈曉冬;葉玉秋;魏帥飛;李啟銘;李傳強
• 申請（專利權）人: 南京工業大學;江蘇薄荷新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/48;C04B35/14;C04B35/565;C04B35/632;C04B35/634;B33Y70/00
• 代理公司: 北京市領專知識產權代理有限公司11590
• 代理人: 林輝輪

技術領域

本發明涉及3D打印材料技術領域，特別涉及一種光固化3D打印用高固相含量陶瓷漿料及其制備工藝。

背景技術

3D打印技術(又稱增材制造技術)是一種以材料累加為基本特征，以直接制造零部件為目標，具有廣闊發展前景的快速制造技術，被譽為制造業的一場革命。3D打印技術被廣泛應用于產品原型、摸具制造以及藝術創作、珠寶制作等領域，以替代這些領域傳統的精細加工工藝。除此之外，該技術在鞋類、建筑、工程和施工、汽車、航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、武器制造、生物工程以及其他多個領域都有廣泛應用的巨大潛力。

材料是3D打印的瓶頸也是關鍵。目前，金屬、高分子材料的3D打印受到廣泛研究和應用。無機陶瓷材料因為其高耐溫、高硬度、多功能性等優點，是重要的結構和功能材料，在工業和民用方面都有極其重要的應用。目前，無機陶瓷材料的3D打印主要采用激光選擇燒結工藝(SLS)。該種工藝制備的陶瓷制品，密實度低(低于80％)，應用受到極大限制。光固化3D打印(SLA)陶瓷制品可以獲得很高的密實度(98％)，并且表面質量高(粗糙度～0.4μm)，抗彎強度也能達到500MPa以上，逐漸受到重視。由于陶瓷光固化3D打印工藝對原材料(漿料)的要求極高，如具有大的無機固含量和低的表面能等。原料固含量高從而使得3D打印的生坯燒結過程收縮率低，制品密實度高；表面能低有利于打印過程中材料的層狀鋪疊。目前，光固化3D打印用的陶瓷漿料還未見工業化生產，現有實驗室制備的漿料的固含量最高只有75％，還無法達到高致密陶瓷的制備要求，陶瓷的尺寸精度和表面質量與SLS相比也沒有明顯提升。。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種光固化3D打印用高固相含量陶瓷漿料及其制備工藝，該漿料制備的陶瓷坯體可以燒結高密實、高表面質量的陶瓷制品，解決了現有技術中存在的中有機組分含量高，陶瓷制品密實度低、表面質量差等問題，能夠推動具有復雜結構的高質量3D打印陶瓷制品的工業化應用，以解決現有技術中導致的上述多項缺陷。

為實現上述目的，本發明提供以下的技術方案：一種光固化3D打印用高固相含量陶瓷漿料，按照質量份數，包括75-90份無機陶瓷粉體和10-25份有機液相材料；所述無機陶瓷粉體由氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、碳化硅、氮化硅等一種或多種經過預先物理表面改性或化學表面改性的無機粉體材料組成；所述有機液相材料按照質量份數比，由以下原料組成：95-98.5份液態光敏樹脂，0.5-2.0份懸浮分散劑、0.5-1.0份消泡劑，0.5-2.0份的流變改性劑。

優選的，所述液態光敏樹脂為環氧丙烯酸光敏樹脂、聚氨酯丙烯酸樹脂中的一種；所述懸浮分散劑為聚乙二醇、聚丙烯酸銨、改性氨基磺酸分散劑的一種或多種混合物；所述消泡劑為二甲基硅油、聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚醚改性硅等的一種或多種混合物；所述流變改性劑為丙烯酸流變改性劑。

一種光固化3D打印用高固相含量陶瓷漿料的制備工藝，先對無機陶瓷粉體進行改性處理，再將無機陶瓷粉體加入到預混的有機液相材料中，在真空攪拌機進行攪拌混合0.5-2.0小時，制備成為可用于光固化3D打印成型的高固相含量陶瓷漿料；其中改性處理包括物理表面改性工藝或/和化學表面改性工藝。

優選的，所述物理表面改性工藝，將無機粉體材料與濃度為1-10％的十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯等一種或幾種表面活性劑混合溶液進行充分混合，然后快速烘干；表面活性劑的用量為粉體材料質量的1.0-10.0％。

優選的，所述化學表面改性工藝，將無機粉體材料加入濃度為1-10％硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、硼酸酯偶聯劑等一種或多種耦合劑的混合溶液中，在30-90℃下反應0.5-5.0小時，然后烘干；耦合劑的用量為粉體材料質量的1.0-10.0％。

采用以上技術方案的有益效果是：本發明一種光固化3D打印用高固相含量陶瓷漿料及其制備工藝，通過對無機粉體顆粒進行表面改性，使得顆粒表面包裹憎水層，能夠與光敏樹脂產生緊密結合，促進了無機粉體在樹脂中的分散性、均勻性和穩定性，可以大幅度減少樹脂的用量，從而提高生坯的無機粉體含量，進而提高燒結陶瓷制品的密實度；通過添加流變改性劑，降低了漿料的表面張力，降低了漿體與3D打印機刮板之間的粘結性，有利于提高3D打印過程每層漿料鋪刮時的層厚精度和表面質量，進而提高打印生坯的精度和表面質量。

具體實施方式

下面詳細說明本發明的優選實施方式。

實施例1