[發(fā)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

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• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107129283A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué);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(lǐng)專知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11590
• 代理人: 林輝輪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及3D打印材料技術(shù)領(lǐng)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(shù)

3D打印技術(shù)(又稱增材制造技術(shù))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(fā)展前景的快速制造技術(shù)，被譽為制造業(yè)的一場革命。3D打印技術(shù)被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品原型、摸具制造以及藝術(shù)創(chuàng)作、珠寶制作等領(lǐng)域，以替代這些領(lǐng)域傳統(tǒng)的精細加工工藝。除此之外，該技術(shù)在鞋類、建筑、工程和施工、汽車、航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、武器制造、生物工程以及其他多個領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用的巨大潛力。

材料是3D打印的瓶頸也是關(guān)鍵。目前，金屬、高分子材料的3D打印受到廣泛研究和應(yīng)用。無機陶瓷材料因為其高耐溫、高硬度、多功能性等優(yōu)點，是重要的結(jié)構(gòu)和功能材料，在工業(yè)和民用方面都有極其重要的應(yīng)用。目前，無機陶瓷材料的3D打印主要采用激光選擇燒結(jié)工藝(SLS)。該種工藝制備的陶瓷制品，密實度低(低于80％)，應(yīng)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(zhì)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(jié)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(yè)化生產(chǎn)，現(xiàn)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(zhì)量與SLS相比也沒有明顯提升。。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)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(jié)高密實、高表面質(zhì)量的陶瓷制品，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的中有機組分含量高，陶瓷制品密實度低、表面質(zhì)量差等問題，能夠推動具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量3D打印陶瓷制品的工業(yè)化應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)致的上述多項缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案：一種光固化3D打印用高固相含量陶瓷漿料，按照質(zhì)量份數(shù)，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(jīng)過預(yù)先物理表面改性或化學(xué)表面改性的無機粉體材料組成；所述有機液相材料按照質(zhì)量份數(shù)比，由以下原料組成：95-98.5份液態(tài)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(yōu)選的，所述液態(tài)光敏樹脂為環(huán)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(yù)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(xué)表面改性工藝。

優(yōu)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(zhì)量的1.0-10.0％。

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

采用以上技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)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(chǎn)生緊密結(jié)合，促進了無機粉體在樹脂中的分散性、均勻性和穩(wěn)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(jié)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(jié)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(zhì)量，進而提高打印生坯的精度和表面質(zhì)量。

具體實施方式

下面詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。

實施例1