CN104773979B - 一种3d打印石材用粘结剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种3D打印石材用粘结剂及其应用，本发明粘结剂在紫外光照射和常温常压的条件下，固化剂、溶胶离子、石材三者之间形成稳定的Si‑O、Si‑C、Al‑O、Ca‑O、Ca‑Si等化学键，将粘结剂与石材连接成为一个整体，直接得到石材产品，极大的促进石材3D打印成型在生活中的推广应用，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D打印材料用粘结剂及其应用，具体涉及一种3D打印石材用粘结剂及其应用。
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。
众多3D打印材料的开发和使用，不仅拓展了3D打印技术的应用范围，同时也促使更多的辅助材料的开发和生产，如：粘结剂。粘结剂作为3D打印技术中最重要的辅助材料之一，需要具有粘结强度高、固化速度快、环保、使用方便等要求。随着越来越多的新材料用于3D打印，新材料具备的性能和特点造成目前的粘结剂大部分不能用于新材料的3D打印成型，而且随着3D打印技术在日常生活中的普及和应用，成型条件和环保问题成为新的制约因素，因而发明一种使用条件简单、健康环保、粘结强度高、固化速度快的粘结剂对3D打印广泛应用于生活的具有重要意义。
石材是一种用于3D打印的新型材料之一，能借助于3D打印技术在日常生活中得到广泛的应用，具有广阔的市场。根据石材的特性，将石材用于3D打印，一般采用粘结成型的方法，但传统的有机粘结剂含有大量有机物，不适用于无机材料，特别是石材，不能经过高温烧结，不能出去其中的有机成分，而传统的无机粘结剂粘结强度低，时间长，与3D打印成型速度快的理念相违背，因此，发明一种粘结剂能直接将石材粘结成型形成一个整体就可得到产品，产品性能好，精度高，成型速度快，将极大的促进石材3D打印成型在生活中的推广应用，具有广阔的市场前景。
发明内容
本发明针对目前传统粘结剂不适用于3D打印石材的成型且没有专门用于石材3D打印的粘结剂的实际情况提出了一种3D打印石材用粘结剂及其应用。
本发明一种3D打印石材用粘结剂，其特征在于为无机溶胶状，用于3D打印石材的快速成型，在紫外光照射下快速固化，与石材结合形成整体，其各组分按重量份计为：
液溶胶 75-85份，
固化剂 8-15份，
引发剂 3-8份，
活性剂 5-8份，
其中所述的液溶胶为硅酸溶胶、氧化铝溶胶、氢氧化镁铝溶胶中的一种或多种；所述的固化剂为硅酸钠、硅酸铝、硅酸钾、氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟硅酸钙中的一种或多种；所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸钙、六氟磷酸盐中的一种或多种；所述的活性剂为氢氧化钠、氢氧化钙、草酸、亚硫酸钠、亚硫酸钾的一种或多种。
上述一种3D打印石材用粘结剂，其具体制备方法：将8-15重量份份固化剂，3-8份重量份的引发剂， 5-8份重量份的活性剂加入到75-85重量份的液溶胶中，采用超声波震荡分散溶解配制成粘结剂。
本发明一种3D打印石材用粘结剂的应用，其特征在于直接用于石材粉末材料的3D打印快速成型，成型条件为常温常压，紫外光照射，成型步骤为：1）根据需要设计3D打印三维立体结构模型；2）将设计好的3D打印三维立体结构模型导入3D打印机；3）将本发明粘结剂和需要使用的3D打印用石材粉末材料分别加入到3D打印机的料槽中；4）启动3D打印机，根据设计的数字模型进行打印，打印原理为先喷洒一层石材粉末，再喷洒一层粘结剂，形成一层石材粉末一层粘结剂的交替结构，同时用紫外光进行照射，粘结剂在紫外光的照射下快速固化将上下两层的石材粉末粘结成为一个整体，这样一层一层粘结起来形成所需要的石材产品初胚；5)将得到的产品初胚进行打磨抛光处理，得到石材产品，可应用于建筑、装饰、工艺品等各方面。
本发明不仅利用引发剂能在紫外光的照射下释放活性离子，引发固化剂和溶胶离子的交联反应的原理，还利用活性剂能激发石材颗粒表面的活性的作用，使固化剂、溶胶离子、石材三者之间形成稳定的Si-O、Si-C、Al-O、Ca-O、Ca-Si等化学键，使粘结剂与石材连接成为一个整体，具有了优异的力学性能，直接得到产品，降低了生产成本；本发明粘结剂应用于3D打印石材的粘结成型，使用方法简单，能快速高效的对石材进行粘结，直接得到石材产品，将极大的促进石材3D打印成型在生活中的推广应用，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、本发明粘结剂在紫外光照射和常温常压的条件下，能使固化剂、溶胶离子、石材三者之间形成稳定的Si-O、Si-C、Al-O、Ca-O、Ca-Si等化学键，将粘结剂与石材连接成为一个整体。
2、本发明粘结剂为无机粘结剂，与石材本质相同，不会污染或影响石材的天然性。
3、本发明粘结剂使用方法简单，能快速高效的对石材进行粘结，直接得到石材产品，将极大的促进石材3D打印成型在生活中的推广应用，具有广阔的市场前景。
本发明粘结剂性能指标：
| 性能 | 固化时间 | 固化后剪切强度 | 吸收紫外光波长 | 应用材料 |
| 指标 | 0.5-3s | ≧20Mpa | 250-300nm | 粉末或片状石材 |
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
粘结剂配制：将8重量份份硅酸钠，3份重量份的过硫酸钾， 5份重量份的氢氧化钠加入到75重量份的氢氧化镁铝溶胶中，采用超声波震荡分散溶解配制成粘结剂。
粘结剂应用：1）根据需要设计3D打印三维立体结构模型；2）将设计好的3D打印三维立体结构模型导入3D打印机；3）将本发明粘结剂和需要使用的3D打印用石材粉末材料分别加入到3D打印机的料槽中；4）启动3D打印机，根据设计的数字模型进行打印，打印原理为先喷洒一层石材粉末，再喷洒一层粘结剂，形成一层石材粉末一层粘结剂的交替结构，同时用紫外光进行照射，粘结剂在紫外光的照射下快速固化将上下两层的石材粉末粘结成为一个整体，这样一层一层粘结起来形成所需要的石材产品初胚；5)将得到的产品初胚进行打磨抛光处理，得到石材产品。
实施例2
粘结剂配制：将15重量份份硅酸铝， 8份重量份的过硫酸钠，6份重量份的氢氧化钙加入到85重量份的氧化镁溶胶中，采用超声波震荡分散溶解配制成粘结剂。
粘结剂应用：1）根据需要设计3D打印三维立体结构模型；2）将设计好的3D打印三维立体结构模型导入3D打印机；3）将本发明粘结剂和需要使用的3D打印用石材粉末材料分别加入到3D打印机的料槽中；4）启动3D打印机，根据设计的数字模型进行打印，打印原理为先喷洒一层石材粉末，再喷洒一层粘结剂，形成一层石材粉末一层粘结剂的交替结构，同时用紫外光进行照射，粘结剂在紫外光的照射下快速固化将上下两层的石材粉末粘结成为一个整体，这样一层一层粘结起来形成所需要的石材产品初胚；5)将得到的产品初胚进行打磨抛光处理，得到石材产品。
实施例3
粘结剂配制：将10重量份份硅酸钾，5份重量份的过硫酸钙， 8份重量份的草酸加入到75重量份的硅胶溶胶中，采用超声波震荡分散溶解配制成粘结剂。
粘结剂应用：1）根据需要设计3D打印三维立体结构模型；2）将设计好的3D打印三维立体结构模型导入3D打印机；3）将本发明粘结剂和需要使用的3D打印用石材粉末材料分别加入到3D打印机的料槽中；4）启动3D打印机，根据设计的数字模型进行打印，打印原理为先喷洒一层石材粉末，再喷洒一层粘结剂，形成一层石材粉末一层粘结剂的交替结构，同时用紫外光进行照射，粘结剂在紫外光的照射下快速固化将上下两层的石材粉末粘结成为一个整体，这样一层一层粘结起来形成所需要的石材产品初胚；5)将得到的产品初胚进行打磨抛光处理，得到石材产品。
实施例4
粘结剂配制：将8重量份份氟硅酸钠， 8份重量份的六氟磷酸盐，7份重量份的亚硫酸钠加入到70重量份的氧化铝溶胶中，采用超声波震荡分散溶解配制成粘结剂。
粘结剂应用：1）根据需要设计3D打印三维立体结构模型；2）将设计好的3D打印三维立体结构模型导入3D打印机；3）将本发明粘结剂和需要使用的3D打印用石材粉末材料分别加入到3D打印机的料槽中；4）启动3D打印机，根据设计的数字模型进行打印，打印原理为先喷洒一层石材粉末，再喷洒一层粘结剂，形成一层石材粉末一层粘结剂的交替结构，同时用紫外光进行照射，粘结剂在紫外光的照射下快速固化将上下两层的石材粉末粘结成为一个整体，这样一层一层粘结起来形成所需要的石材产品初胚；5)将得到的产品初胚进行打磨抛光处理，得到石材产品。
实施例5
粘结剂配制：将15重量份份氟硅酸钾，3份重量份的过硫酸钙， 5份重量份的亚硫酸钾加入到78重量份的硅酸溶胶中，采用超声波震荡分散溶解配制成粘结剂。
粘结剂应用：1）根据需要设计3D打印三维立体结构模型；2）将设计好的3D打印三维立体结构模型导入3D打印机；3）将本发明粘结剂和需要使用的3D打印用石材粉末材料分别加入到3D打印机的料槽中；4）启动3D打印机，根据设计的数字模型进行打印，打印原理为先喷洒一层石材粉末，再喷洒一层粘结剂，形成一层石材粉末一层粘结剂的交替结构，同时用紫外光进行照射，粘结剂在紫外光的照射下快速固化将上下两层的石材粉末粘结成为一个整体，这样一层一层粘结起来形成所需要的石材产品初胚；5)将得到的产品初胚进行打磨抛光处理，得到石材产品。
Claims (2)
1.一种3D 打印石材用粘结剂，其特征在于为无机溶胶状，用于3D 打印石材的快速成型，其各组分按重量份计为：
液溶胶 75-85 份，
固化剂 8-15 份，
引发剂 3-8 份，
活性剂 5-8 份，
其中所述的液溶胶为硅酸溶胶、氧化铝溶胶、氢氧化镁铝溶胶中的一种或多种；所述的固化剂为硅酸钠、硅酸铝、硅酸钾、氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟硅酸钙中的一种或多种；所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸钙、六氟磷酸盐中的一种或多种；所述的活性剂为氢氧化钠、氢氧化钙、草酸、亚硫酸钠、亚硫酸钾的一种或多种；
所述3D 打印石材用粘结剂的使用方法为直接用于石材的3D 打印快速成型，成型条件为常温常压，紫外光照射，成型步骤为：1）根据需要设计3D打印三维立体结构模型；2）将设计好的3D 打印三维立体结构模型导入3D 打印机；3）将粘结剂和需要使用的3D 打印用石材粉末材料分别加入到3D 打印机的料槽中；4）启动3D 打印机，根据设计的数字模型进行打印，打印原理为先喷洒一层石材粉末，再喷洒一层粘结剂，形成一层石材粉末一层粘结剂的交替结构，同时用紫外光进行照射，粘结剂在紫外光的照射下快速固化将上下两层的石材粉末粘结成为一个整体，这样一层一层粘结起来形成所需要的石材产品初胚；5) 将得到的产品初胚进行打磨抛光处理，得到石材产品，应用于建筑、装饰、工艺品。
2.根据权利要求1 中所述的一种3D 打印石材用粘结剂，其特征在于具体制备方法：将8-15 重量份固化剂，3-8 份重量份的引发剂， 5-8 份重量份的活性剂加入到75-85 重量份的液溶胶中，直接混合溶解形成粘结剂。
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