CN104057084A

CN104057084A - 一种打印金属、陶瓷制品的水溶型墨水

Info

Publication number: CN104057084A
Application number: CN201310089907.5A
Authority: CN
Inventors: 高为鑫; 王飞; 戴静
Original assignee: TIANYI SUPERFINE METAL POWDERS CO Ltd JIANGSU
Current assignee: TIANYI SUPERFINE METAL POWDERS CO Ltd JIANGSU
Priority date: 2013-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2014-09-24

Abstract

本发明公开了一种用于3D打印金属、陶瓷及其复（混）合材质制品水溶型墨水，以及该墨水打印出来的成型品经塑化、脱粘、烧结得到所需材质制品的方法。墨水材料组成质量比：30%—70%材质组份(金属、合金、陶瓷等)；1%—9%高分子材料组份(己内酰胺、2-吡咯烷酮、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、邻苯二甲酸酐、邻苯二甲酰亚胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸聚甲基丙烯酸及其共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚马来酸酐、开普氏树脂、聚二甲基二烯丙基氯化铵、溶于水的纤维素、单链聚氨酯等的一种或一种以上)；69%—21%水。

Description

一种打印金属、陶瓷制品的水溶型墨水

技术领域

本发明涉及一种用三维打印技术制造金属、陶瓷及其复（混）合材质制品的水溶型墨水。由该墨水打印出来的成型品经蒸发塑化、脱粘、烧结得到所需材质的制品。

背景技术

在此处键入技术领域描述段落。三维打印是当前极为热门的新型数字制造技术。现在市场上流行的3D打印技术有：3DP技术；FDM熔融层积成型技术；SLA立体平板印刷技术；SLS选区激光烧结技术；DLP激光成型技术；UV紫外线成型技术等。

采用3DP技术的3D打印机使用标准喷墨打印技术，通过将液态连结体铺放在粉末薄层上，以打印横截面数据的方式逐层创建各部件，得到三维实体制品。该技术一般只能打印石膏制品。

FDM熔融层积成型技术是将丝状的热熔性材料加热熔化，同时三维喷头在计算机控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器下降一个高度（分层厚度）再成型下一层，直至形成整个实体造型。主要适用于成型小塑料件。

SLA立体平板印刷技术以光敏树脂为原料，通过计算机控制激光，按制品的各分层截面信息在液态的光敏树脂表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成制品的一个薄层。一层固化完成后，工作台下移一个层厚度的距离，然后在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，直至得到实体制品。

SLS选区激光烧结技术是通过预先在工作台上铺一层粉末材料（金属粉末或非金属粉末），然后让激光在计算机控制下按照界面轮廓信息对实心部对分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。

DLP激光成型技术类似SLA立体平版印刷技术，不同的是使用高分辩率的数字光处理器（DLP）投影器来固化液态光聚合物，逐层进行光固化得到实体制品。

UV紫外线成型技术和SLA立体平板印技术比较类似，不同的是它利用UV紫外线照射液态光敏树脂。

上述技术中所用材料限于树脂、石膏的多，光敏树脂价格昂贵，制品适用面有限；石膏制品只能作为装饰、模型等使用；SLS选区激光烧结技术对金属粉末或非金属粉末要求十分苛刻，适用品种少，价格昂贵。因此，开发出来源广、价格低的打印材料，是3D制造技术发展的重要方面。

发明内容

在此处键入技术领域描述段落。本发明一种打印金属、陶瓷制品的水溶型墨水，是一种来源广、价格低的金属、陶瓷及其复（混）合材料的打印原料。该打印材料由水，溶解于水的高分子材料，金属、陶瓷及其复（混）合粉末的材质材料、助剂四部分组成。

墨水中的材质材料采用何种粉末，由所制造的目标产品规定的材质决定。包括：一种金属粉末或多种金属粉末的混合物，比如铁粉（需经防锈处理）、钴粉、钼粉、铬粉、铌粉、镍粉、锰粉、钨粉、铜粉、铝粉等等及其两种或两种以上不同比例粉末的混合物；多种金属的合金粉末，比如不同牌号的不锈钢粉末、低合金粉末；陶瓷粉末，包括：氧化物陶瓷，比如氧化锆、氧化铝等，氮化物陶瓷，比如氮化硅、氮化铝等，碳化物陶瓷，比如碳化硅等；金属陶瓷复（混）合材料，比如铁镀氧化铝、铁镀氧化锆，镍镀氧化铝、镍镀氧化锆。

墨水中的水选择纯净水、蒸馏水、去了离子水等。

墨水中的高分子材料粘结剂指在常温或100℃以下，能够溶解于水的高分子材料，包括：但不限于己内酰胺、2-吡咯烷酮、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、邻苯二甲酸酐、邻苯二甲酰亚胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸聚甲基丙烯酸及其共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚马来酸酐、开普氏树脂、聚二甲基二烯丙基氯化铵、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、聚氨酯（单链）等。

本发明所述墨水各组份质量比为：材质组份30%—70%；高分子材料组份1%—9%；水69%—21%。

其制作方法如下：将适量的分散剂、悬浮剂等助剂和高分子材料溶解于水，搅拌均匀；再加入材质粉末搅拌均匀，密封保存。

其中高分子组份由两种或两种以上能溶于水，且熔融分解点不同的高分子材料组成。

本发明所述墨水在供3D打印时，必须在每层打印过程中加温将水蒸发，并使高分子材料塑化，以获得完整、有一定强度的实体制品。

本发明打印所得到塑化后的实体制品，需经脱除高分子材料、烧结，最后获得所需材质的制品。

在设计所需的三维制品时，应考虑到脱除高分子材料后纯材质制品的收缩量，放大设计尺寸。

实施例

实施例一

打印不锈钢制品的墨水。质量比1.5%聚乙烯醇1799，0.5%聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸共聚物，50%蒸馏水，48%316L不锈钢粉末。将质量比1.5%聚乙烯醇1799，0.5%聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸共聚物，溶解于50%65℃蒸馏水中，搅拌均匀，加入质量比48%316L不锈钢粉末，搅拌均匀，得到打印不锈钢制品的水溶型墨水。该墨水用于3D喷墨打印机打印已设计好的制品，打印过程中对打印室加热至115℃，将墨水中的水蒸发，同时使打印的制品每层得到塑化，打印得到设计的成型品。成型品经210℃真空脱除8小时，脱除聚乙烯醇1799；升温至310℃真空脱除6小时，脱除聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸共聚物。升温至1360℃烧结8小时，得到打印不锈钢制品。

实施例二

打印陶瓷制品墨水。质量比2%己内酰胺，0.5%聚马来酸酐， 65%蒸馏水，32.5%氧化锆粉末。将质量比2%己内酰胺，0.5%聚马来酸酐，溶解于70℃65%蒸馏水，搅拌均匀，加入32.5%氧化锆粉末，搅拌均匀，得到打印氧化锆制品的水溶型墨水。该墨水用于3D喷墨打印机打印已设计好的制品，打印过程中对打印室加热至115℃，将墨水中的水蒸发，同时使打印的制品每层得到塑化，打印得到设计的成型品。成型品经230℃真空脱除8小时，脱除己内酰胺；升温至310℃真空脱除6小时,脱除聚马来酸酐。升温至1550℃烧结8小时,得到打印陶瓷制品。

Claims

1.一种用于制造供3D打印的金属、陶瓷及其复（混）合材料制品的水溶型墨水，及该墨水打印出来的成型品经塑化、脱粘、烧结得到所需材质制品的方法。

2.权利要求1所述墨水的制造方法，先将高分子材料溶于水，制取均匀的水溶液，再根据设计制品的材质要求，加入金属或陶瓷或金属陶瓷复（混）合粉末，搅拌均匀。

3. 权利要求1所述墨水的材料组成质量比：30%—70%材质组份(金属、合金、陶瓷等粉末)；1%—9%高分子材料组份 (己内酰胺、2-吡咯烷酮、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、邻苯二甲酸酐、邻苯二甲酰亚胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸聚甲基丙烯酸及其共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚马来酸酐、开普氏树脂、聚二甲基二烯丙基氯化铵、溶于水的纤维素、单链聚氨酯等的一种或一种以上)； 69%—21%水。

4. 利用权利要求1所述墨水，在3D打印机打印成型品过程中，需对打印室加温，使每个打印层的水份得到蒸发和高分子材料得到塑化，蒸发、塑化温度在100—210℃之间。

5. 利用权利要求4所述打印、塑化后的成型品，需对成型品中所含的高分子材料进行脱除（即脱粘），脱粘温度在100—500℃之间，脱粘时间在2—20小时之间，脱除方法可采用水解分解脱除、热熔融分解脱除、酸催化分解脱除，脱除设备可选择真空脱粘烧结炉、专用脱粘炉等。

6.权利要求5所述脱粘后的打印成型品，需进行烧结，使其达到设计所需要的性能，烧结可使用真空烧结炉、网带烧结炉或推杆烧结炉等。