一種基于速溶無機粘結劑的粉末3d打印方法
【專利摘要】一種基于速溶無機粘結劑的粉末3D打印方法，先采用去離子水作為3D打印機粘結劑，添加助揮發劑、著色劑、改性劑形成混合溶液作為粉末3D打印所使用的粘結劑；再采用速溶泡花堿作為固體粘結劑，與3D打印機原料粉末進行混合，再加入助熔劑形成的混合粉末作為粉末3D打印的材料；最后采用配制的粘結劑與混合粉末進行粉末3D打印，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，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，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，本發明降低了生產成本，提高了產品質量。
【專利說明】一種基于速溶無機粘結劑的粉末3D打印方法

【技術領域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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:
[0005]I)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；
[0006]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】

[0007]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。
[0008]為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案:
[0009]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:
[0010]I)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；
[0011]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；
[0012]3)采用20-40份步驟I)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。
[0013]所述的助揮發劑為酒精、丙酮或甲醇。
[0014]所述的著色劑為有機墨水或無機墨水。
[0015]所述的改性劑為常用的增稠劑、表面改性劑或分散劑。
[0016]所述的速溶泡花堿為鈉泡花堿或鉀泡花堿。
[0017]所述的原料粉末為陶瓷、硅藻土、砂或石膏的粉末。
[0018]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)。
[0019]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，提聞了廣品質量。

【具體實施方式】
[0020]下面結合具體實施例對本發明做詳細描述。
[0021]實施例1
[0022]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:
[0023]I)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I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；
[0024]2)采用5份粉狀鈉泡花堿作為固體粘結劑，與作為3D打印機原料粉末的95份砂粉末進行混合，不添加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；
[0025]3)采用40份步驟I)配制的粘結劑與60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。
[0026]采用實施例1方案得到的液體粘結劑溶液，在室溫下，其粘度〈1.5X 10?.S，近似于純水，I千克鈉泡花堿在這種溶液里的溶解時間〈100s，形成的粘結劑混合物粘結強度>0.5MPa，可以很好地滿足粉末3D打印要求。
[0027]實施例2
[0028]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:
[0029]I)以質量份數計，采用98份去離子水作為3D打印機粘結劑，添加I份酒精作為助揮發劑提高粘結劑的干燥速度，添加無機墨水作為著色劑進行粘結劑的著色，添加I份增稠劑作為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；
[0030]2)采用10份粉狀鉀泡花堿作為固體粘結劑，與作為3D打印機原料粉末的90份砂粉末進行混合，不添加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；
[0031]3)采用40份步驟I)配制的粘結劑與60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。
[0032]采用實施例2方案得到的液體粘結劑溶液，在室溫下，其粘度<2X 10_3Pa.S，I千克鉀泡花堿在這種溶液里的溶解時間<180s，形成的粘結劑混合物粘結強度>0.8MPa，粘度依然較低，同時，粘結效果大大增加，還增加了顏色，可以很好地滿足粉末彩色3D打印要求。
[0033]實施例3
[0034]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:
[0035]I)以質量份數計，采用79份去離子水作為3D打印機粘結劑，添加20份酒精作為助揮發劑提高粘結劑的干燥速度，添加5份無機墨水作為著色劑進行粘結劑的著色，添加I份增稠劑作為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；
[0036]2)采用10份粉狀鈉泡花堿作為固體粘結劑，與作為3D打印機原料粉末的85份硅藻土粉末進行混合，添加5份氧化鈣(CaO)作為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；
[0037]3)采用40份步驟I)配制的粘結劑與60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。
[0038]采用實施例3方案得到的液體粘結劑溶液，在室溫下，其粘度<2X 10_3Pa.S，I千克鈉泡花堿在這種溶液里的溶解時間<180s，形成的粘結劑混合物粘結強度>0.7MPa，粘度依然較低，同時，揮發效果較好，增加了粘結效果，可以很好地滿足粉末3D打印要求，而且，由于加入了助熔劑，可以降低零件在后處理高溫燒結的溫度。
【權利要求】
1.一種基于速溶無機粘結劑的粉末3D打印方法，其特征在于，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I)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。
2.根據權利要求1所述的一種基于速溶無機粘結劑的粉末3D打印方法，其特征在于:所述的助揮發劑為酒精、丙酮或甲醇。
3.根據權利要求1所述的一種基于速溶無機粘結劑的粉末3D打印方法，其特征在于:所述的著色劑為有機墨水或無機墨水。
4.根據權利要求1所述的一種基于速溶無機粘結劑的粉末3D打印方法，其特征在于:所述的改性劑為常用的增稠劑、表面改性劑或分散劑。
5.根據權利要求1所述的一種基于速溶無機粘結劑的粉末3D打印方法，其特征在于:所述的速溶泡花堿為鈉泡花堿或鉀泡花堿。
6.根據權利要求1所述的一種基于速溶無機粘結劑的粉末3D打印方法，其特征在于:所述的原料粉末為陶瓷、硅藻土、砂或石膏的粉末。
7.根據權利要求1所述的一種基于速溶無機粘結劑的粉末3D打印方法，其特征在于: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)。
【文檔編號】B22F3/22GK104149348SQ201410384583
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月6日 優先權日:2014年8月6日
【發明者】田小永, 楊春成, 李滌塵 申請人:西安交通大學