CN106220117A - 应用于三维打印快速成型机中的材料 - Google Patents

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王智
郭池
梁园
陈号
徐军
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种应用于三维打印快速成型机中的材料，按照重量份数计，基础复合粉末包括：80‑90份二水硫酸钙，15‑25份聚乙烯醇，5‑20份羟乙基纤维素，0.5‑1份硫酸钙，1‑2份二氧化硅；水基粘结溶液包括：95份蒸馏水，2.5份甘油，0.5份硫酸钾；0.5份异丙醇，1份十二烷基硫酸钠表面活性剂，0.5份聚乙烯吡咯烷酮。本发明结合三维成型原理，对石膏基础粉末材料进行改变，使得石膏粉末硬化速度提高，满足打印材料快速成型需求。

Description

应用于三维打印快速成型机中的材料
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种应用于三维打印快速成型机中的材料。
背景技术
三维快速成型技术是现在制造技术中较为热门的技术，是一种叠层制造技术，其原理是通过向物品分层添加材料创造实物。其通过离散获得堆积的路径、限制和方式，通过堆积材料叠加形成三维实体，与计算机系统结合，以提高快速成型效率和精度，与传统的去除成型形成鲜明的对照，其工艺流程主要包括三维模型构造、近似处理、切片处理、截面加工、截面叠加、后处理等。
其中3DP工艺采用三维立体成型，通过喷头用粘结剂将零件的截面打印在材料粉末上面，或者将成型树脂一层一层喷出，分别固化粘结成型，其成型过程是将各个二维截面重叠粘结成为一个三维实体，该方法具有速度快的有点，适合制造各种复杂形状的零部件，并且无污染。
不同的快速成型技术对成型材料有不同的要求，但是快速精确成型是对三维打印材料的要求，成型材料很大程度上决定了快速成型技术的成败，但是现在常用的三维快速成型材料存在以下缺陷：(1)材料中含有大量难以降解的组分，对环境造成压力；(2)材料的成本较高，对小型企业来说，生产成本压力较高；(3)粉末材料的流动性较差，会出现在模具中积料的现象，不但影响打印效率，而且会造成产品表面不光滑的现象，影响打印成型产品的质量；(4)材料成型固化较慢，影响打印效率和打印精度。
因此，怎样从打印材料配方的改进来提高3D打印质量，是本领域内函待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供应用于三维打印快速成型机中的材料，本发明结合三维成型原理，对石膏基础粉末材料进行改变，使得石膏粉末硬化速度提高，满足打印材料快速成型需求。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种应用于三维打印快速成型机中的材料，材料包括基础复合粉末和水基粘结溶液，按照重量份数计，所述基础复合粉末包括：
所述水基粘结溶液包括：
其中，二水硫酸钙的堆积密度为0.7g/cm2，二水硫酸钙粉末的孔隙率为0.72，粒径为40-150μm；
所述水基粘结溶液涂4杯粘度为2.15s，导电率小于6000μs/cm，pH为8-8.5，表面张力为25-30mN/m。
进一步优选地，按照重量份数计，所述基础复合粉末包括：
所述水基粘结溶液包括：
进一步优选地，所述聚乙烯醇的聚合度为1500-2000。
进一步优选地，所述二氧化硅的粒径为5-50nm，比表面积＞100m2/g。
本发明的有益效果是:
本发明结合三维成型原理，对石膏基粉末进行了配方改变，使得石膏粉末硬化速度提高，满足打印材料快速成型需求；加入了聚乙烯醇和二氧化硅粉末，提高了材料的分散性能，降低了表面能，控制粉末粒径，保证材料粉末均匀细腻，使粉末混合均匀，通过控制各组分的含量，制得成型速度快、成型精度高、强度好、并且价格低廉的3D打印材料。
本发明的基于石膏基粉改性的3D打印材料能够与水基粘结剂配合使用，水基粘合剂具有无毒无污染的优点，与粉末材料配合制备出的成型产品的表面质量好，成型快，产品的抗压强度较好。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，本发明的具体实施方式由以下实施例详细给出。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
实施例1中公开了一种应用于三维打印快速成型机中的材料，材料的配方如表1中所示。
表1实施例1中的配方表
实施例2
实施例2中公开了一种应用于三维打印快速成型机中的材料，材料的配方如表2中途所示。
表2实施例2中的配方表
实施例3
实施例3中公开了一种应用于三维打印快速成型机中的材料，材料的配方如表3中途所示。
表3实施例3中的配方表
对比例
对比例中与实施例1中做对比，如表4中所示。
表4对比例中的配方
在上述实施例1-3与对比例中，二水硫酸钙的堆积密度为0.7g/cm2，二水硫酸钙粉末的孔隙率为0.72，粒径为40-150μm。上述组分的物理性能，使得整个粉末材料在打印过程顺畅，无堵塞现象出现。
上述水基粘结溶液涂4杯粘度为2.15s，导电率小于6000μs/cm，pH为8-8.5，表面张力为25-30mN/m。上述聚乙烯醇的聚合度为1500-2000。上述二氧化硅的粒径为5-50nm，比表面积＞100m2/g。该粘结剂挥发速度适宜，对基础粉末有良好的促进硬化效果，打印精度好，速度快，并且打印后干燥较快，稳定性好，相对成本较低，安全无毒无味。
性能测试
按照表1-4中的配方，配置4组复合粉末，每组粉末混合充分并且干燥，过200目筛，然后对上述的四组复合粉末分别进行三维打印成型试验，获得成型产品。
首先测试四组不同材料中基础粉末的硬化时间。
分别称量上述四组成型产品的重量，并且对四组成型产品的X、Y、Z三个方向上的尺寸进行测量，计算出成型产品尺寸的相对变形量和密度。测量X、Y、Z方向上的抗压强度，四组产品在X方向上抗压强度最强，Z方向上抗压强度最小。
在3D成型过程中，Y方向为辊轮移动方向，容易形成错层和阶梯状缺陷，成型件在Y方向上的强度要比X方向上小；Z方向为层堆积方向，强度最小，并且Z方向上受到材料性能的影响最大，因此，评价一种材料的好坏，其制备的成型件在Z方向上的强度最关键，因此，在本测试实施例中，仅仅对成型件Z方向上的抗压强度进行测量即可。
然后再对上述四组成型产品的表面质量进行评价，可以根据表面平整光滑程度、分辨率、表面有无颗粒感、有无气孔、裂纹或者表面剥落作为成型产品表面评价的依据，平切将表面质量分为1-10个取值，其中10的表面质量最好。
表5性能测试结果表
由表5中的结果可以看出，实施例1为最佳实施例。
在石膏粉末中添加了PVA，PVA对石膏晶体的生长起到一定的制约作用，PVA与液滴作用形成胶凝状物质，能够填充石膏晶体的间隙，使得成型产品的界面清洗，产品表面光滑，尺寸精度。
在石膏粉末中添加了二氧化硅，二氧化硅在粉末中能形成含有微孔的网络，能够吸附并固定打印过程中喷射入的液滴，既能够保证液滴渗透和粘结，又能够缩短固化时间，PVA与二氧化硅共同作用，起到更好的效果，PVA既能够起到吸附网络作用，又可以作为二氧化硅的载体，分散性能好，提高打印产品的尺寸精度。
在水基粘结溶剂中添加了聚乙烯吡咯烷酮，其具有优良的吸附性、成膜性、粘结性以及生物相容性，热稳定性能好，在水基粘结溶剂加入少量的聚乙烯吡咯烷酮，不仅提高粘结效果，还可以起到增流剂的作用。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种应用于三维打印快速成型机中的材料，材料包括基础复合粉末和水基粘结溶液，其特征在于，按照重量份数计，所述基础复合粉末包括：
所述水基粘结溶液包括：
其中，二水硫酸钙的堆积密度为0.7g/cm2，二水硫酸钙粉末的孔隙率为0.72，粒径为40-150μm；
所述水基粘结溶液涂4杯粘度为2.15s，导电率小于6000μs/cm，pH为8-8.5，表面张力为25-30mN/m。
2.根据权利要求1所述的应用于三维打印快速成型机中的材料，其特征在于，按照重量份数计，所述基础复合粉末包括：
所述水基粘结溶液包括：
3.根据权利要求1或2所述的应用于三维打印快速成型机中的材料，其特征在于，所述聚乙烯醇的聚合度为1500-2000。
4.根据权利要求1或2所述的应用于三维打印快速成型机中的材料，其特征在于，所述二氧化硅的粒径为5-50nm，比表面积＞100m2/g。
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