CN108456337B - 一种3d冷打印制备冷等静压包套的方法 - Google Patents
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Abstract
一种3D冷打印制备冷等静压包套的方法，属于冷等静压成形技术领域。本发明将葡萄糖1‑5％、淀粉粉末50‑65％、氯化钠0.5‑2％、乙二胺四乙酸二钠0.2‑0.8％、膨松剂0.5‑4％、分散剂0.1‑1％、成型剂5‑10％、胶凝剂2‑7％、增强剂1‑5％、余量是水，按照上述质量比及一定先后顺序混合均匀，搅拌成一定粘度的浆料再进行3D冷打印，打印成一定形状的冷等包套，并在蒸汽锅中于80‑130℃加热20‑60min，最后在包套外蘸覆一层薄胶膜，制备得到新型冷等静压包套。采用本方法制备的3D冷打印新型冷等静压包套，原料易得、价格低廉、制备工艺简单，安全无污染。新型的冷等包套回弹小，无应力集中，可用于制备形状复杂的包套，无形状限制，并且可以保持压制品形状完整无断裂，并且压制品密度均匀性能优良。
Description
技术领域
本发明属于冷等静压成形领域，提供了一种3D冷打印制备新型冷等静压包套的方法。
背景技术
冷等静压成形是将粉末装入密封的弹性模具内，置于盛装液体或气体的容器中，用液体或气体对其施加一定压力，将粉末压制成实体，得到一定形状的还体，压力释放后，将模具从容器内取出，脱模后进行后续烧结处理。与模压相比，冷等静压具有下列优点：稍具形状的坯体，如四形、空心等区别于块状、圆柱状的坯体；压坯密度分布均匀；模具材料是橡胶和塑料，成本低；压坯强度高，便于加工和运输。
冷等静压技术(Cold Isostaitc Pressing，CIP)是一种重要的粉末冶金成形方法，可以加工常规凝固条件下难以制造的高温合金材料、硬质合金材料、陶瓷材料等。与铸造和锻造方法相比，冷等静压具有制件组织均匀，无成分偏析，尺寸精度高，材料利用率高，纯度高，在制备过程中不需要加入任何成形剂，成本低等优点。通过CIP可以使制件的密度有大幅度地提高，增加制件的强度。冷等静压一般用于大尺寸零件的成形或为塑性加工提供大尺寸锭。
现有冷等静压包套主要使用的材料是聚乙烯或聚苯乙烯，可重复使用的包套材料是聚氨酯、硅橡胶、氯丁橡胶或天然橡胶。包套装满粉末并密封后，全部浸入压力介质中。但这些包套对成形复杂形状的零部件较困难，在压制过程中，因为这些包套冷等卸压过程中存在应力集中和弹性回弹，在成形复杂形状及多对称轴零部件时容易出现断裂情况，成品率低，造成原料浪费成本提高。目前，由于冷等静压包套形状的限制，导致冷等静压技术仅局限应用于制备规则简单形状的块体或中空厚壁毛坯，无法制备不规则复杂形状的工件。因此使用一种新型的冷等静压包套，解决复杂形状成形困难和压制件断裂成品率低的问题具有重大的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D冷打印制备新型冷等静压包套的方法，在成形复杂形状、降低废品率和生产成本等方面都达到了令人满意的效果，冷等后的压制坯体密度高且均匀，可以得到复杂形状，包套安全无污染，制备简单成本低。
为了获得上述的新型冷等静压包套，本发明采用了如下技术方案：
所述的3D冷打印新型冷等静压包套原料重量百分比构成如下：按质量百分比由如下成分配比组成：葡萄糖1-5％、淀粉粉末50-65％、氯化钠0.5-2％、乙二胺四乙酸二钠0.2-0.8％、膨松剂0.5-4％、分散剂0.1-1％、成型剂5-10％、胶凝剂2-7％、增强剂1-5％、余量是水。
所述的包套原料在上述构成下经混合搅拌→3D打印成形→加热→包覆胶膜制成，具体制备步骤如下：
(1)称量符合配方量的葡萄糖、淀粉粉末、氯化钠、乙二胺四乙酸二钠、膨松剂、分散剂原料，并在混料机中混合30-60min；
(2)将符合配方量的水倒入步骤(1)中混合好的原料粉末中，搅拌均匀后加入成型剂、胶凝剂和增强剂，进行糊化制备成料浆；
(3)将步骤(2)中制备的料浆通过3D冷打印机打印成形，打印出冷等静压包套坯体；
(4)将步骤(3)中打印的包套坯体放入蒸汽箱中加热，在80-130℃下加热20-60min，并保持蒸气压在0.3-0.5Pa，加热后得到松软多孔的包套初体；
(5)将步骤(4)中松软多孔的包套初体放入有机胶体中浸蘸，胶体粘度为10-50Pa·s，浸蘸8-20s，使包套坯体表面蘸覆一层胶体薄层，胶体薄层厚度为0.5-6mm，静置2～6h，制备得到冷等静压包套。
进一步地，步骤(1)中所述的淀粉粉末为小麦粉、大麦粉、糯米粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉或木薯淀粉中的一种或几种。
进一步地，步骤(1)中所述的膨松剂由碳酸氢钠和酒石酸氢钾按一定质量百分比组成，其中碳酸氢钠30-70％、余量是酒石酸氢钾。
进一步地，步骤(1)中所述的分散剂为柠檬酸、油酸或苯乙烯-马来酸酐中的一种或几种。
进一步地，步骤(2)中所述的成型剂由丙三醇和白脱油按一定质量百分比组成，其中丙三醇45-60％、余量是白脱油。
进一步地，步骤(2)中所述的胶凝剂由海藻酸钠、甲基纤维素和壳聚糖按一定质量百分比组成，其中海藻酸钠28-36％、甲基纤维素20-55％、余量是壳聚糖。
进一步地，步骤(2)中所述的增强剂由卵清蛋白、三乙醇胺和糖稀按一定质量百分比组成，其中卵清蛋白10-30％、三乙醇胺20-40％、余量是糖稀。
进一步地，步骤(3)中所述的冷等静压包套坯体，采用3D冷打印可打印制备各种简单及复杂形状的冷等静压包套，不受形状限制。
进一步地，步骤(5)中的所述的有机胶体为聚氨酯、硅胶或乳胶中的一种或几种组成。
本发明的优点：
1、原料易得、价格低廉、制备工艺简单、安全无污染。
2、新型的冷等静压包套不受形状限制，采用3D冷打印可制备各种简单及复杂形状的冷等包套。
3、新型的冷等静压包套回弹小，无应力集中，并且可以保持压制品形状完整无断裂，并且压制品密度均匀性能优良。
附图说明
图1是采用市售常用硅橡胶冷等静压包套压制的门把手。
图2是采用实施案例2中制备的新型冷等静压包套压制的门把手。
具体实施方式
实施案例1：
一种3D冷打印新型冷等静压包套原料百分比构成如下：
葡萄糖4％、淀粉粉末58％、丙三醇2％、白脱油4％、卵清蛋白0.4％、三乙醇胺1.2％、糖稀1.8％、氯化钠1％、碳酸氢钠2％、酒石酸氢钾0.9％、柠檬酸0.6％、乙二胺四乙酸二钠0.3％、海藻酸钠1.5％、甲基纤维素3％、壳聚糖1.5％、余量是水。
步骤1：将符合配方的葡萄糖、小麦面粉、氯化钠、碳酸氢钠、酒石酸氢钾、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠放入V型混料机中混合45min；
步骤2：往混合粉末中先后加入水、卵清蛋白、三乙醇胺、糖稀、丙三醇、白脱油、海藻酸钠、甲基纤维素、壳聚糖，搅拌成糊状，制备好料浆；
步骤3：将料浆放入3D冷打印机器中，逐层打印出法兰状的冷等静压包套坯体；
步骤4：打印的法兰包套坯体放入蒸汽箱中加热，在110℃下加热40min；
步骤5：将已加热的包套放入乳胶中浸蘸，胶体粘度为25Pa·s，浸蘸25s，使包套坯体里面及表层均匀蘸覆一层乳胶薄膜，乳胶薄膜厚度为1mm，静置6h，制备得到新型的冷等静压包套。
实施案例2：
一种3D冷打印新型冷等静压包套原料百分比构成如下：
葡萄糖5％、淀粉粉末60％、丙三醇6％、白脱油2％、卵清蛋白0.4％、三乙醇胺1.5％、糖稀2％、氯化钠0.8％、碳酸氢钠1％、酒石酸氢钾1.1％、油酸0.6％、乙二胺四乙酸二钠0.4％、海藻酸钠2％、甲基纤维素2.6％、壳聚糖0.8％、余量是水。
步骤1：将符合配方要求的葡萄糖、小麦面粉、氯化钠、碳酸氢钠、酒石酸氢钾、油酸、乙二胺四乙酸二钠放入V型混料机中，混合60min；
步骤2：往混合粉末中先后加入水、卵清蛋白、三乙醇胺、糖稀、丙三醇、白脱油、海藻酸钠、甲基纤维素、壳聚糖，搅拌成糊状，制备好料浆；
步骤3：将料浆放入3D冷打印机器中，逐层打印出门把手形状的冷等静压包套坯体；
步骤4：将打印的门把手形状的坯体放入蒸汽箱中加热，在100℃下加热30min；
步骤5：将已加热的包套放入硅胶中浸蘸，胶体粘度为40Pa·s，浸蘸15s，使包套坯体里面及表层均匀蘸覆一层硅胶薄膜，硅胶薄膜厚度为3mm，静置3h，制备得到新型的冷等静压包套。
Claims (9)
1.一种3D冷打印制备冷等静压包套的方法，其特征在于，按质量百分比由如下成分配比组成：葡萄糖1-5％、淀粉粉末50-65％、氯化钠0.5-2％、乙二胺四乙酸二钠0.2-0.8％、膨松剂0.5-4％、分散剂0.1-1％、成型剂5-10％、胶凝剂2-7％、增强剂1-5％、余量是水；具体制备步骤如下：
(1)称量符合配方量的葡萄糖、淀粉粉末、氯化钠、乙二胺四乙酸二钠、膨松剂、分散剂原料，并在混料机中混合30-60min；
(2)将符合配方量的水倒入步骤(1)中混合好的原料粉末中，搅拌均匀后加入成型剂、胶凝剂和增强剂，进行糊化制备成料浆；
(3)将步骤(2)中制备的料浆通过3D冷打印机打印成形，打印出冷等静压包套坯体；
(4)将步骤(3)中打印的包套坯体放入蒸汽箱中加热，在80-130℃下加热20-60min，并保持蒸气压在0.3-0.5Pa，加热后得到松软多孔的包套初体；
(5)将步骤(4)中松软多孔的包套初体放入有机胶体中浸蘸，胶体粘度为10-50Pa·s，浸蘸8-20s，使包套坯体表面蘸覆一层胶体薄层，胶体薄层厚度为0.5-6mm，静置2～6h，制备得到冷等静压包套。
2.根据权利要求1所述的一种3D冷打印制备冷等静压包套的方法，其特征在于：所述的淀粉粉末为小麦粉、大麦粉、糯米粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉或木薯淀粉中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种3D冷打印制备冷等静压包套的方法，其特征在于：所述的膨松剂由碳酸氢钠和酒石酸氢钾按一定质量百分比组成，其中碳酸氢钠30-70％、余量是酒石酸氢钾。
4.根据权利要求1所述的一种3D冷打印制备冷等静压包套的方法，其特征在于：所述的分散剂为柠檬酸、油酸或苯乙烯-马来酸酐中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种3D冷打印制备冷等静压包套的方法，其特征在于：所述的成型剂由丙三醇和白脱油按一定质量百分比组成，其中丙三醇45-60％、余量是白脱油。
6.根据权利要求1所述的一种3D冷打印制备冷等静压包套的方法，其特征在于：所述的胶凝剂由海藻酸钠、甲基纤维素和壳聚糖按一定质量百分比组成，其中海藻酸钠28-36％、甲基纤维素20-55％、余量是壳聚糖。
7.根据权利要求1所述的一种3D冷打印制备冷等静压包套的方法，其特征在于：所述的增强剂由卵清蛋白、三乙醇胺和糖稀按一定质量百分比组成，其中卵清蛋白10-30％、三乙醇胺20-40％、余量是糖稀。
8.根据权利要求1所述的一种3D冷打印制备冷等静压包套的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的冷等静压包套坯体，采用3D冷打印可打印制备各种简单及复杂形状的冷等静压包套，不受形状限制。
9.根据权利要求1所述的一种3D冷打印制备冷等静压包套的方法，其特征在于：步骤(5)中的所述的有机胶体为聚氨酯、硅胶或乳胶中的一种或几种组成。
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