CN105503147A - 一种用于3d打印的粘土材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于3D打印的粘土材料及其制备方法，本发明为了得到适用于3D打印技术的粘土材料，对粘土进行了改性处理，得到一种粘土材料，该粘土材料具有塑性好，易成型，力学性能好，精度高的优点，适用于3D打印成型技术，促进了3D打印成型技术的推广应用，具有广阔的市场前景。

Description

一种用于3D打印的粘土材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种3D打印材料及其制备方法，具体涉及一种用于3D打印的粘土材料及其制备方法。
背景技术
3D打印技术又称增材制造技术，是快速成型领域的一种新兴技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。随着3D打印技术的发展和应用，材料成为限制3D打印技术未来走向的关键因素之一，在某种程度上，材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料、木质材料以及砂糖等食品材料也在3D打印领域得到了应用。
粘土作为人类应用最早的无机材料之一，具有存量丰富、成本低廉的优点，至今依然是人们生活中应用最多的无机材料，粘土不仅可用于陶瓷材料的烧制，房屋修建、铺设道路等，还能用于工业，如高分子材料中的填料、废水的处理、金属的冶炼等。随着3D打印技术的发展，各种材料被应用于3D打印，传统材料的使用方法也发生了改变，3D打印技术的出现，同样为粘土的使用方法提供了新的思路。在利用3D打印技术成型陶瓷产品的时候，人们使用的3D打印材料都是通过粘土烧制而成的陶瓷粉末，然后通过直接或间接的方法得到陶瓷产品，但陶瓷粉末的制备方法复杂且成本高昂，严重阻碍了3D打印技术在陶瓷成型上的发展和应用。粘土本身具有优异的粘性和可塑性，可直接成型制成陶瓷坯体，然后烧结得到陶瓷，但由于工艺、技术的缺陷，成型的陶瓷胚体具有结构简单，尺寸精度差等缺点，严重限制了粘土及其制品在生活中的应用，如果将3D打印技术用于粘土进而成型得到陶瓷，完全可以完善并解决上述的缺陷，因此，将粘土用于3D打印成型对粘土及其制品在生活中的应用具有重要意义和市场价值。
由于粘土的塑性和力学性能是对立的，未经过改性处理的粘土材料不适用于3D打印成型，高塑性的粘土力学性能较差，不利于成型过程中的支撑和造型，而力学性能好的粘土粘结性和塑性较差，不利于成型过程中的粘结和挤出，因而，需要对粘土进行改性处理，得到适合3D打印技术的粘土材料，才能将粘土应用于3D打印。
发明内容
本发明为了扩大3D打印技术在生活中的应用范围，使粘土材料能用于3D打印技术，从而提出一种用于3D打印的粘土材料及其制备方法。
本发明一种用于3D打印的粘土材料，其特征在于是具有塑性的用于3D打印技术的粘稠状粘土混合物，其材料重量份组成如下：
粘土50-65份，
骨料1-30份，
润湿剂30-45份，
增韧剂3-8份，
增塑剂5-10份，
其中所述的粘土为经过高温煅烧去除了有机质的细度为800-2000目的高岭土、蒙脱土中的一种或两种；所述的骨料为细度为500-2000目的水白云母粉末、蒙脱石粉末、石英粉末和长石粉末中的一种或多种；所述的润湿剂为水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液；所述的增韧剂为碳化硅晶须、氮化硅晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、氧化铝晶须、氧化锌晶须、硫酸钙晶须中的一种或多种；所述的增塑剂为甘油、植物油中的一种或多种。
上述一种用于3D打印的粘土材料是通过以下制备方法得到的，其特征在于具体步骤如下：
1、将50-65重量的粘土、1-30重量份的骨料加入行星式球磨机中进行混合研磨1-2h得到粘土与骨料的混合物粉末；
2、将30-45重量份的润湿剂、3-8重量份的增韧剂、5-10重量份的增塑剂加入到步骤1得到的混合物粉末中，继续在行星式球磨机中进行混合研磨0.5-1h后出料得到粘稠状粘土混合物；
3、将步骤2得到的粘稠状粘土混合物放入压力型捏合机中，在压力为0.2-0.3Mpa、速度为20-30r/min的条件下进行捏合处理20-30min得到一种用于3D打印的粘土材料。
本发明为了得到适用于3D打印技术的粘土材料，对粘土进行了改性处理：加入乙醇作为粘土的润湿剂，利用乙醇易挥发的特性，在3D打印时，粘土材料中的乙醇挥发，粘土硬化，能提高粘土的力学性能；加入了增韧剂，提高了粘土的韧性，3D打印成型时力学性能更好，打印得到的产品韧性也更加优异；加入了增塑剂，既能起到润湿作用，又能增加粘土塑性；采用了行星式球磨机和压力型捏合机对粘土进行处理，不仅使各材料分散更均匀，而且各材料之间的缝隙小，密度大，因而收缩率小，打印精度高。采用上述改性方法得到的粘土材料具有塑性好，易成型，力学性能好，精度高的优点，适用于3D打印成型技术，促进了3D打印成型技术的推广应用，具有广阔的市场前景。
本发明突出的特点和有益效果在于：
1、本发明将粘土用于3D打印技术，并对粘土进行了改性处理，得到了一种适合用于3D打印的粘土材料。
2、本发明提出了对粘土进行改性处理的方法，制备得到一种具有塑性好，易成型，力学性能好，精度高的粘土材料。
3、本发明方法制得的产品尺寸精度好，成型形状容易控制，且方法简单可靠，成本低廉。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
1、将50重量的800目高岭土、10重量份的500目的水白云母粉末加入行星式球磨机中进行混合研磨1h得到粘土与骨料的混合物粉末；
2、将30重量份的水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液、3重量份的碳化硅晶须、5重量份的甘油加入到步骤1得到的混合物粉末中，继续在行星式球磨机中进行混合研磨0.5h后出料得到粘稠状粘土混合物；
3、将步骤2得到的粘稠状粘土混合物放入压力型捏合机中，在压力为0.2Mpa、速度为20r/min的条件下进行捏合处理20min得到一种用于3D打印的粘土材料。
实施例2
1、将65重量的2000目的高岭土、20重量份的2000目的蒙脱石粉末加入行星式球磨机中进行混合研磨2h得到粘土与骨料的混合物粉末；
2、将45重量份的水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液、8重量份的氮化硅晶须、10重量份的菜籽油加入到步骤1得到的混合物粉末中，继续在行星式球磨机中进行混合研磨1h后出料得到粘稠状粘土混合物；
3、将步骤2得到的粘稠状粘土混合物放入压力型捏合机中，在压力为0.3Mpa、速度为30r/min的条件下进行捏合处理30min得到一种用于3D打印的粘土材料。
实施例3
1、将55重量的800目的蒙脱土、10重量份的2000目的石英粉末加入行星式球磨机中进行混合研磨1.5h得到粘土与骨料的混合物粉末；
2、将30重量份的水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液、5重量份的钛酸钾晶须、8重量份的棉籽油加入到步骤1得到的混合物粉末中，继续在行星式球磨机中进行混合研磨1h后出料得到粘稠状粘土混合物；
3、将步骤2得到的粘稠状粘土混合物放入压力型捏合机中，在压力为0.3Mpa、速度为20r/min的条件下进行捏合处理25min得到一种用于3D打印的粘土材料。
实施例4
1、将60重量的2000目的蒙脱土、15重量份的2000目的长石粉末加入行星式球磨机中进行混合研磨2h得到粘土与骨料的混合物粉末；
2、将35重量份的水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液、6重量份的氧化锌晶须、7重量份的蓖麻油加入到步骤1得到的混合物粉末中，继续在行星式球磨机中进行混合研磨0.5h后出料得到粘稠状粘土混合物；
3、将步骤2得到的粘稠状粘土混合物放入压力型捏合机中，在压力为0.2Mpa、速度为25r/min的条件下进行捏合处理30min得到一种用于3D打印的粘土材料。
实施例5
1、将50重量的1000目的高岭土、30重量份的2000目的水蒙脱石粉末加入行星式球磨机中进行混合研磨1.5h得到粘土与骨料的混合物粉末；
2、将30重量份的水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液、8重量份的氧化铝晶须、10重量份的花生油加入到步骤1得到的混合物粉末中，继续在行星式球磨机中进行混合研磨1h后出料得到粘稠状粘土混合物；
3、将步骤2得到的粘稠状粘土混合物放入压力型捏合机中，在压力为0.3Mpa、速度为25r/min的条件下进行捏合处理20min得到一种用于3D打印的粘土材料。

Claims (2)

1.一种用于3D打印的粘土材料，其特征在于是具有塑性的用于3D打印技术的粘稠状粘土混合物，其材料重量份组成如下：
粘土50-65份，
骨料1-30份，
润湿剂30-45份，
增韧剂3-8份，
增塑剂5-10份，
其中所述的粘土为经过高温煅烧去除了有机质的细度为800-2000目的高岭土、蒙脱土中的一种或两种；所述的骨料为细度为500-2000目的水白云母粉末、蒙脱石粉末、石英粉末和长石粉末中的一种或多种；所述的润湿剂为水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液；所述的增韧剂为碳化硅晶须、氮化硅晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、氧化铝晶须、氧化锌晶须、硫酸钙晶须中的一种或多种；所述的增塑剂为甘油、植物油中的一种或多种。
2.根据权利要求1中所述的一种用于3D打印的粘土材料，其特征在于是通过以下制备方法得到的，具体步骤如下：
(1)、将50-65重量的粘土、1-30重量份的骨料加入行星式球磨机中进行混合研磨1-2h得到粘土与骨料的混合物粉末；
(2)、将30-45重量份的润湿剂、3-8重量份的增韧剂、5-10重量份的增塑剂加入到步骤1得到的混合物粉末中，继续在行星式球磨机中进行混合研磨0.5-1h后出料得到粘稠状粘土混合物；
（3）、将步骤(2)得到的粘稠状粘土混合物放入压力型捏合机中，在压力为0.2-0.3Mpa、速度为20-30r/min的条件下进行捏合处理20-30min得到一种用于3D打印的粘土材料。
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