[發明專利]一種適用于3D打印陶瓷的樹脂及其制備方法

在審

• 申請號: 202110380301.1
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113173792A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 孫予罕;王慧;鄭呂科;胡振;白玉佳
• 申請（專利權）人: 上海簇睿低碳能源技術有限公司
• 主分類號: C04B35/634
• 分類號: C04B35/634;C04B35/626;C04B35/10;B33Y10/00;B33Y70/10;C08F222/20;C08F220/58;C08F222/14;C08F2/48
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明公開了一種適用于3D打印陶瓷的樹脂，其特征在于，所述樹脂的原料包括光引發劑、預聚體、稀釋劑及染色劑，選擇預聚物、稀釋劑，對引發劑的添加量進行梯度實驗，計算凝膠含量最高時引發劑；在固定預聚體含量的條件下，添加不同種類的稀釋劑，并添加凝膠含量最高時的引發劑，計算在不同固化能量下測定固化厚度，選擇臨界曝光量最小的稀釋劑種類；固定預聚體與稀釋劑的種類，對稀釋劑的添加量進行梯度實驗，選擇凝膠含量最高的稀釋劑含量作為稀釋劑的添加量。本發明可以獲得樹脂粘度低、固化速度快，并且與陶瓷粉體混合后制得的漿料固含量高，流變性能好，符合打印要求；優化方法簡單，樹脂制備周期短。

技術領域

本發明涉及一種適用于3D打印陶瓷的樹脂及其制備方法，屬于增材制造技術領域。

背景技術

陶瓷材料具有強度高、耐磨、耐腐蝕等優異性能，在航空航天、石油化工、生物醫用等領域應用廣泛。傳統的成形工藝是開模后將陶瓷漿料干燥成為坯體，再進行高溫燒結得到陶瓷制品。這種成形方法受開模限制，制約陶瓷制品復雜化的發展。

近年來發展的各種3D打印成形技術使陶瓷成形又多了另一條路徑，并實現無摸具化生產。目前，陶瓷3D打印技術主要有選擇性激光燒結技術(SLM)、熔融沉淀技術(FDM)、直寫三維打印技術(DIM)、立體光固化技術(SL)、數字光處理技術(DLP)等。因為成型方式與打印材料各不相同，所以各個打印技術都有各自的優缺點。

DLP型3D打印技術是采用數字微鏡原件(DMD)為主要關鍵處理原件而開發的光固化成型技術，可以使得每層圖像直接投影到整個固化區域中，實現面固化成型，而且對陶瓷漿料的粘度要求不高，可以極大地提升漿料的固含量。

由于DLP型3D打印技術以光敏樹脂與陶瓷粉末制成的光敏漿料為原材料，所以在打印出的坯體不能直接當作陶瓷材料來應用，需對坯體進行脫脂工藝來去除固化高分子、燒結工藝來提高坯體的致密度與強度。所以為了避免脫脂、燒結工藝過程中坯體出現開裂等問題，需使得漿料有較高的固含量，在相同固化條件下更快的固化速度，以及較好的流變性能使得在打印過程中快速鋪平。陶瓷粉末的加入會使得光敏樹脂粘度大幅度上升，流變性能下降，所以制備一種適用于3D打印陶瓷的樹脂來滿足高固含量、低粘度、快固化的成型特點至關重要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：現有3D打印陶瓷的樹脂再加入了陶瓷粉體后，粘度太高，流變性能變差的問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種適用于3D打印陶瓷的樹脂，所述樹脂的原料包括光引發劑、預聚體、稀釋劑及染色劑，各原料的種類及添加量的選擇方法包括以下步驟：

步驟1)：選擇預聚物、稀釋劑，對引發劑的添加量進行梯度實驗，計算凝膠含量最高時，引發劑的種類及其添加量；

步驟2)：在固定預聚體含量的條件下，添加不同種類的稀釋劑，并添加步驟1)中凝膠含量最高時的引發劑及其添加量，依據Beer-Lambert定理計算在不同固化能量下測定固化厚度：

C_d＝D_p(lnE-lnE_c)

其中，C_d為固化厚度，E為樹脂面上的平均曝光量；E_c為臨界曝光量，由擬合曲線求得；

擬合D_p-E_c直線，獲得投射深度與臨界曝光量，投射深度為斜率，臨界曝光量為自然對數e的指數，指數冪為截距與斜率的絕對值，選擇臨界曝光量最小的稀釋劑種類；

步驟3)：固定預聚體與稀釋劑的種類，對稀釋劑的添加量進行梯度實驗；用S1中相同的凝膠含量測定方法，選擇凝膠含量最高的稀釋劑含量作為稀釋劑的添加量。