CN105619572A - 一种陶瓷材料的3d打印成型方法 - Google Patents
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Abstract
一种陶瓷材料的3D打印成型方法，本发明是采用直接成型的方法对粘土材料进行3D打印成型得到，利用粘土本身具有的塑性和粘结性，直接将粘土材料用3D打印机进行打印成型得到陶瓷的坯体，然后进行烧结得到陶瓷产品，该成型方法打印得到的陶瓷产品具有成本低廉，精度高，方法简单，易于工业化生产的优点，促进了3D打印成型技术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打印成型方法，具体涉及一种陶瓷材料的3D打印成型方法。
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。
众多3D打印材料的开发和使用，虽然拓展了3D打印技术的应用范围，但同时也带来了更多的问题，如：成型材料性能不稳地、成型步骤太多、成型是使用的辅助材料成本太高、成型的产品力学性能不够等等问题。对于陶瓷的3D打印成型，可分为直接成型和间接成型两种成型方法，直接成型采用激光烧结成型，直接得到陶瓷产品，成型速度快，精度高，但能耗高，对材料和打印机的要求高，因而成本高昂，不利于3D打印的大规模推广和使用，如中国专利公开号CN103317590A公开的一种激光3D打印陶瓷功能梯度结构件的方法中，采用了3D打印激光烧结成型技术，成型速度快，精度高，但能耗大，成本高；间接成型采用高分子材料作为载体对陶瓷颗粒包覆，在打印时进行加热，高分子材料熔融后进行粘结成型，再通过脱脂、排塑、烧结等后续工艺得到陶瓷产品，成型条件温和，成本较低，但后续工艺复杂，成型周期长，且精度较差，如中国专利公开号CN103817767A公开的一种应用3D打印技术的陶瓷产品制作方法中，采用了有机粉末作为粘合剂，成型后进行了脱脂、排塑、烧结等后续工艺得到陶瓷产品；中国专利公开号CN104193345A公开的一种基于3D打印技术制备吸波陶瓷部件的方法中也采用了有机粘结剂作为粘结材料，进而成型后也要进行脱脂、排塑等工艺进行处理，存在步骤多，成型周期长，精度差等缺陷。因此，找到一种新的成型方法是解决上述问题的有效办法之一。
发明内容
本发明针对目前陶瓷采用3D打印激光烧结成型存在能耗高，对材料和打印机的要求高的缺陷和采用有机粘结成型陶瓷具有的工艺复杂和含有有机杂质的缺点提出了一种陶瓷的3D打印成型方法。
本发明一种陶瓷材料的3D打印成型方法，其特征在于是一种直接将粘土材料用3D打印机进行成型后，进行烧结处理得到陶瓷产品的方法，具体步骤如下：
1、提供粘稠状的原料；
2、提供一3D打印机，将步骤1的粘稠状的原料放置于3D打印机料槽内；
3、使用计算机辅助设计软件绘制陶瓷产品的三维立体结构模型；
4、启动3D打印机，将所述陶瓷产品的三维立体结构模型文件导入到步骤2中的3D打印机中，并使3D打印机开始打印，得到陶瓷胚体；
5、将步骤4得到的陶瓷坯体浸入到二甘醇溶剂中浸泡0.5-1h取出，去除胚体中大部分的水和有机物；
6、设置烧结曲线，将步骤5取出的陶瓷胚体在500-800℃的温度下预烧结15-20h，在1200-1600℃的温度下烧结2-4h，然后进行冷却，制得陶瓷产品。
上述一种陶瓷材料的3D打印成型方法，其中所述粘稠状的原料由50-65份粘土，0-30份骨料，30-45份润湿剂，3-8份增韧剂，5-10份增塑剂混合而成，所述的粘土为高岭土、蒙脱土中的一种或两种；所述的骨料为水白云母粉末、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。
上述一种陶瓷材料的3D打印成型方法，其中所述的3D打印机为3D粘土打印机，由机架、供料装置和粘土喷头组成，所述机架内设置有至少三套与所述粘土喷头连接的控制轴，所述供料装置与粘土喷头相连。
上述一种陶瓷材料的3D打印成型方法，其中所述的二甘醇含水量低于2%。
本发明采用直接成型的方法对陶瓷材料进行3D打印成型，利用粘土本身具有的塑性和粘结性，直接将粘土材料用3D打印机进行打印成型得到陶瓷的坯体，然后进行烧结得到陶瓷产品，既没有采用3D打印激光烧结缺成型陶瓷具有的高能耗和高成本的缺陷，也没有采用有机粘结成型陶瓷具有的工艺复杂和含有有机杂质的缺点，该成型方法打印得到的陶瓷产品具有成本低廉，精度高，方法简单，易于工业化生产的优点，促进了3D打印成型技术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、本发明是利用粘土本身具有的塑性和粘结性，直接将粘土材料用3D打印机进行打印成型得到陶瓷的坯体，然后进行烧结得到陶瓷产品的方法。
2、本发明方法中直接用粘土材料作为原料，成本低廉，原料易得。
3、本发明方法制得的陶瓷产品具有成本低廉，精度高，方法简单，易于工业化生产的优点。
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、提供粘稠状的原料；
2、提供一3D打印机，将步骤1的粘稠状的原料放置于3D打印机料槽内；
3、使用计算机辅助设计软件绘制陶瓷产品的三维立体结构模型；
4、启动3D打印机，将所述陶瓷产品的三维立体结构模型文件导入到步骤2中的3D打印机中，并使3D打印机开始打印，得到陶瓷胚体；
5、将步骤4得到的陶瓷坯体浸入到二甘醇中浸泡0.5h取出，去除胚体中大部分的水和有机物；
6、设置烧结曲线，将步骤5取出的陶瓷胚体在500℃的温度下预烧结15h，在1200℃的温度下烧结2h，然后进行冷却，制得陶瓷产品。
其中步骤1中的粘稠状原料由50重量的高岭土、10重量份的水白云母粉末加、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重量份的甘油混合而成。
实施例2
1、提供粘稠状的原料；
2、提供一3D打印机，将步骤1的粘稠状的原料放置于3D打印机料槽内；
3、使用计算机辅助设计软件绘制陶瓷产品的三维立体结构模型；
4、启动3D打印机，将所述陶瓷产品的三维立体结构模型文件导入到步骤2中的3D打印机中，并使3D打印机开始打印，得到陶瓷胚体；
5、将步骤4得到的陶瓷坯体浸入到二甘醇中浸泡1h取出，去除胚体中大部分的水和有机物；
6、设置烧结曲线，将步骤5取出的陶瓷胚体在800℃的温度下预烧结20h，在1600℃的温度下烧结4h，然后进行冷却，制得陶瓷产品。
其中步骤1中的粘稠状原料由65重量的高岭土、20重量份的蒙脱石粉末、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重量份的菜籽油混合而成。
实施例3
1、提供粘稠状的原料；
2、提供一3D打印机，将步骤1的粘稠状的原料放置于3D打印机料槽内；
3、使用计算机辅助设计软件绘制陶瓷产品的三维立体结构模型；
4、启动3D打印机，将所述陶瓷产品的三维立体结构模型文件导入到步骤2中的3D打印机中，并使3D打印机开始打印，得到陶瓷胚体；
5、将步骤4得到的陶瓷坯体浸入到二甘醇中浸泡1h取出，去除胚体中大部分的水和有机物；
6、设置烧结曲线，将步骤5取出的陶瓷胚体在500℃的温度下预烧结18h，在1300℃的温度下烧结3h，然后进行冷却，制得陶瓷产品。
其中步骤1中的粘稠状原料由55重量的蒙脱土、10重量份的石英粉末、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重量份的棉籽油混合而成。
实施例4
1、提供粘稠状的原料；
2、提供一3D打印机，将步骤1的粘稠状的原料放置于3D打印机料槽内；
3、使用计算机辅助设计软件绘制陶瓷产品的三维立体结构模型；
4、启动3D打印机，将所述陶瓷产品的三维立体结构模型文件导入到步骤2中的3D打印机中，并使3D打印机开始打印，得到陶瓷胚体；
5、将步骤4得到的陶瓷坯体浸入到二甘醇中浸泡1h取出，去除胚体中大部分的水和有机物；
6、设置烧结曲线，将步骤5取出的陶瓷胚体在600℃的温度下预烧结19h，在1400℃的温度下烧结4h，然后进行冷却，制得陶瓷产品。
其中步骤1中的粘稠状原料由60重量的蒙脱土、15重量份的长石粉末、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重量份的蓖麻油混合而成。
实施例5
1、提供粘稠状的原料；
2、提供一3D打印机，将步骤1的粘稠状的原料放置于3D打印机料槽内；
3、使用计算机辅助设计软件绘制陶瓷产品的三维立体结构模型；
4、启动3D打印机，将所述陶瓷产品的三维立体结构模型文件导入到步骤2中的3D打印机中，并使3D打印机开始打印，得到陶瓷胚体；
5、将步骤4得到的陶瓷坯体浸入到二甘醇中浸泡0.5h取出，去除胚体中大部分的水和有机物；
6、设置烧结曲线，将步骤5取出的陶瓷胚体在800℃的温度下预烧结20h，在1500℃的温度下烧结3h，然后进行冷却，制得陶瓷产品。
其中步骤1中的粘稠状原料由50重量的高岭土、30重量份的水蒙脱石粉末、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重量份的花生油混合而成。
Claims (3)
1.一种陶瓷材料的3D打印成型方法，其特征在于是一种直接将粘土材料用3D打印机打印成型后，进行烧结处理得到陶瓷产品的方法，具体步骤如下：
（1）、提供粘稠状的原料；
（2）、提供一3D打印机，将步骤1的粘稠状的原料放置于3D打印机料槽内；
（3）、使用计算机辅助设计软件绘制陶瓷产品的三维立体结构模型；
（4）、启动3D打印机，将所述陶瓷产品的三维立体结构模型文件导入到步骤2中的3D打印机中，并使3D打印机开始打印，得到陶瓷胚体；
（5）、将步骤4得到的陶瓷坯体浸入到二甘醇溶剂中浸泡0.5-1h取出，去除胚体中大部分的水和有机物；
（6）、设置烧结曲线，将步骤5取出的陶瓷胚体在500-800℃的温度下预烧结15-20h，在1200-1600℃的温度下烧结2-4h，然后进行冷却，制得陶瓷产品；
其中所述粘稠状的原料由50-65份粘土，0-30份骨料，30-45份润湿剂，3-8份增韧剂，5-10份增塑剂混合而成，所述的粘土为高岭土、蒙脱土中的一种或两种；所述的骨料为水白云母粉末、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所述的一种陶瓷材料的3D打印成型方法，其特征在于所述的3D打印机为3D粘土打印机。
3.根据权利要求1一种陶瓷材料的3D打印成型方法，其特征在于所述的二甘醇含水量低于2%。
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