CN113600808A - 一种用于光固化3d打印的金属浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于光固化3D打印的金属浆料，其原料包括以重量份数计的金属粉体60～80份，光固化树脂预聚物10～20份，分散剂1～10份及光引发剂0.5～8份。将金属粉、光固化树脂预聚物、分散剂和引发剂混合均匀，制得固相含量在60wt％～90wt％的金属浆料。本发明通过选择合适的分散剂得到分散性好、黏度低的光固化金属浆料，使金属零件具有稳定的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于光固化3D打印的金属浆料的制备方法，属于金属增材制造技术领域。
背景技术
3D打印是一种快速成型技术，是以三维数据模型为基础，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。随着三维打印技术的不断发展，金属材料在三维打印技术中的应用越来越广泛，但是在光固化技术上还没有特别明显的进步，光固化成型固化速度快，能量利用率高，是一种节能环保高效的成型方法。
目前在金属3D打印领域里面，国内还没有直接通过光固化来实现金属3D打印，并且现有金属3D打印技术制得的金属零件表面精度不高的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何提高金属材料生产过程中的表面精度。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于光固化3D打印的金属浆料，其原料包括以重量份数计的金属粉体60～80份，光固化树脂预聚物10～20份，分散剂1～10份及光引发剂0.5～8份。
优选地，所述的光固化树脂预聚物为甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、2-苯氧基乙基丙烯酸酯(PHEA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、丙烯酸异冰片酯(IBOA)、乙氧基丙烯酸氧苯酯(EB114)、丙烯酸十八烷基酯(ODA)、三环葵基二甲醇二丙烯酸酯(TCDA)、3-乙基-3-羟甲基氧杂环丁烷(bis-EA)、3-乙基-3-(甲基丙烯酰氧基甲基)氧杂环丁烷、二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)、烷氧基化季戊四醇四丙烯酸酯(EB40)、3,3-(氧基双亚甲基)3-乙基氧杂环丁烷(EMA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、甲氧基聚乙二醇单丙烯酸酯(MPEG350A)、十二烷基甲基丙烯酸酯(LMA)、三缩丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷(3-EPOX)、三乙二醇二乙烯基醚(DVE-3)、苯基缩水甘油醚(PGE)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、丙烯酸异辛酯(2-EHA)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯(BPA4EODMA)和环氧树脂中的至少一种。
优选地，所述的分散剂为油酸、石蜡、改性蓖麻油、聚乙烯醇、氯化聚酯丙烯酸、四甲基氢氧化铵、聚丙烯酸钠、硬脂酸和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
优选地，所述的分散剂包括以重量份计的嘉兴饶稷科技公司生产的CPD-01 1～5份及嘉兴饶稷科技公司生产的CPD-03 1～5份。
优选地，所述的引发剂为2-异丙基硫氧蒽酮、1-羟基环乙基苯基酮、二苯甲酮、三乙醇胺、苯甲酸二甲氨基乙酯、OXE-01、三芳基硫鎓盐、过硫酸铵、N,N-二甲基苯胺、异丙苯过氧化氢和2-甲基-1-(4-甲基苯基)-2-吗啡-1-丙酮中的至少一种。
优选地，所述的引发剂包括以重量份计的嘉兴饶稷科技公司生产的CPI-20 1～5份及嘉兴饶稷科技公司生产的CPI-06 1～4份。
本发明还提供了上述用于光固化3D打印的金属浆料的制备方法，将金属粉、光固化树脂预聚物、分散剂和引发剂混合均匀，制得固相含量在60wt％～90wt％的金属浆料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、通过选择合适的光固化树脂预聚物、分散剂以及引发剂的种类和添加比例制备出固相含量高、分散性好、黏度较低的金属浆料；
2、解决了金属材料不能直接光固化打印的问题；
3、通过立体光固化成形技术制得表面精度高的金属零件。
附图说明
图1为实施例1制得的光固化3D打印金属坯体的实物照片；
图2为实施例1制得的生坯扫描电镜图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
一种用于光固化3D打印的金属浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取质量比为11:1的不锈钢304粉和树脂，树脂是重量比为3:5:2的HEMA、PHEA和HDDA的混合物，粉体平均粒径为5μm；
步骤2：在树脂中加入3wt％的复合分散剂，复合分散剂是重量比为3:1的CPD-03和CPD-01，搅拌均匀；
步骤3：在树脂中加入步骤1所称金属粉，充分搅拌，使粉体均匀分散在树脂中；
步骤4：继续添加树脂总量的4wt％的复合引发剂，复合引发剂是重量比为4:1的CPI-20和CPI-06，然后机械搅拌15～30分钟，制得固相含量88wt％的金属浆料。
将上述浆料通过DLP打印机打印制成光固化3D打印金属坯体(现有工艺)，如图1、2所示。由图2可见，该坯体的表面精度仅为19.2μm。
实施例2
一种用于光固化3D打印的金属浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取质量比为11:1的不锈钢304L粉和树脂，树脂是重量比为3:5:2的HEMA、PHEA和HDDA的混合物，粉体平均粒径为5μm；
步骤2：在树脂中加入3wt％的复合分散剂，复合分散剂是重量比为2:1的CPD-03和CPD-01，搅拌均匀；
步骤3：在树脂中加入步骤1所称金属粉，充分搅拌，使粉体均匀分散在树脂中；
步骤4：继续添加树脂总量的4wt％的复合引发剂，复合引发剂是重量比为3:1的CPI-20和CPI-06，然后机械搅拌15～30分钟，制得固相含量88wt％的金属浆料。
实施例3
一种用于光固化3D打印的金属浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取质量比为11:1的不锈钢316粉和树脂，树脂是重量比为3:5:2的HEMA、PHEA和HDDA的混合物，粉体平均粒径为1μm；
步骤2：在树脂中加入3wt％的复合分散剂，复合分散剂是重量比为1:1的CPD-03和CPD-01，搅拌均匀；
步骤3：在树脂中加入步骤1所称金属粉体，充分搅拌，使粉体均匀分散在树脂中；
步骤4：继续添加树脂总量的4wt％的复合引发剂，复合引发剂是重量比为4:1的CPI-20和CPI-06，然后机械搅拌15～30分钟，制得固相含量88wt％的金属浆料。
实施例4
一种用于光固化3D打印的金属浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取质量比为11:1的铜粉和树脂，树脂是重量比为3:5:2的HEMA、PHEA和HDDA的混合物，粉体平均粒径为1μm；
步骤2：在树脂中加入3wt％的复合分散剂，复合分散剂是重量比为1:3的CPD-03和CPD-01，搅拌均匀；
步骤3：在树脂中加入步骤1所称金属粉体，充分搅拌，使粉体均匀分散在树脂中；
步骤4：继续添加树脂总量的4wt％的复合引发剂，复合引发剂是重量比为5:1的CPI-20和CPI-06，然后机械搅拌15～30分钟，制得固相含量在88wt％的金属浆料。
实施例5
一种用于光固化3D打印的金属浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取质量比为11:1的铝粉和树脂，树脂是重量比为3:5:2的HEMA、PHEA和HDDA的混合物，粉体平均粒径为5μm；
步骤2：在树脂中加入3wt％的复合分散剂，复合分散剂是重量比为3:1的CPD-03和CPD-01，搅拌均匀；
步骤3：在树脂中加入步骤1所称金属粉体，充分搅拌，使粉体均匀分散在树脂中；
步骤4：继续添加树脂总量的4wt％的复合引发剂，复合引发剂是重量比为4:1的CPI-20和CPI-06，然后机械搅拌15～30分钟，制得固相含量在89wt％的金属浆料。
实施例6
一种用于光固化3D打印的金属浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取质量比为11:1的不锈钢316L粉和树脂，树脂是重量比为3:5:2的HEMA、PHEA和HDDA的混合物，粉体平均粒径为1μm；
步骤2：在树脂中加入3wt％的复合分散剂，复合分散剂是重量比为2:1的CPD-03和CPD-01，搅拌均匀；
步骤3：在树脂中加入步骤1所称金属粉体，充分搅拌，使粉体均匀分散在树脂中；
步骤4：继续添加树脂总量的4wt％的复合引发剂，复合引发剂是重量比为5:1的CPI-20和CPI-06，然后机械搅拌15～30分钟，制得固相含量在89wt％的金属浆料。
实施例7
一种用于光固化3D打印的金属浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取质量比为11:1的铬粉和树脂，树脂是重量比为3:5:2的HEMA、PHEA和HDDA的混合物，粉体平均粒径为5μm；
步骤2：在树脂中加入3wt％的复合分散剂，复合分散剂是重量比为1:1的CPD-03和CPD-01，搅拌均匀；
步骤3：在树脂中加入步骤1所称金属粉体，充分搅拌，使粉体均匀分散在树脂中；
步骤4：继续添加树脂总量的4wt％的复合引发剂，复合引发剂是重量比为4:1的CPI-20和CPI-06，然后机械搅拌15～30分钟，制得固相含量在89wt％的金属浆料。
实施例8
一种用于光固化3D打印的金属浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取质量比为11:1的镍粉和树脂，树脂是重量比为3:5:2的HEMA、PHEA和HDDA的混合物，粉体平均粒径为5μm；
步骤2：在树脂中加入3wt％的复合分散剂，复合分散剂是重量比为3:1的CPD-03和CPD-01，搅拌均匀；
步骤3：在树脂中加入步骤1所称金属粉体，充分搅拌，使粉体均匀分散在树脂中；
步骤4：继续添加树脂总量的4wt％的复合引发剂，复合引发剂是重量比为4:1的CPI-20和CPI-06，然后机械搅拌15～30分钟，制得固相含量在89wt％的金属浆料。
Claims (7)
1.一种用于光固化3D打印的金属浆料，其特征在于，原料包括以重量份数计的金属粉体60～80份，光固化树脂预聚物10～20份，分散剂1～10份及光引发剂0.5～8份。
2.如权利要求1所述的用于光固化3D打印的金属浆料，其特征在于，所述的光固化树脂预聚物为甲基丙烯酸羟乙酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、乙氧基丙烯酸氧苯酯、丙烯酸十八烷基酯、三环葵基二甲醇二丙烯酸酯、3-乙基-3-羟甲基氧杂环丁烷、3-乙基-3-(甲基丙烯酰氧基甲基)氧杂环丁烷、二丙二醇二丙烯酸酯、烷氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、3,3-3-乙基氧杂环丁烷、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲氧基聚乙二醇单丙烯酸酯、十二烷基甲基丙烯酸酯、三缩丙二醇二丙烯酸酯、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、三乙二醇二乙烯基醚、苯基缩水甘油醚、季戊四醇三丙烯酸酯、丙烯酸异辛酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯和环氧树脂中的至少一种。
3.如权利要求1所述的用于光固化3D打印的金属浆料的制备方法，其特征在于，所述的分散剂为油酸、石蜡、改性蓖麻油、聚乙烯醇、氯化聚酯丙烯酸、四甲基氢氧化铵、聚丙烯酸钠、硬脂酸和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
4.如权利要求1所述的用于光固化3D打印的金属浆料的制备方法，其特征在于，所述的分散剂包括以重量份计的嘉兴饶稷科技公司生产的CPD-01 1～5份及嘉兴饶稷科技公司生产的CPD-03 1～5份。
5.如权利要求1所述的用于光固化3D打印的金属浆料的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为2-异丙基硫氧蒽酮、1-羟基环乙基苯基酮、二苯甲酮、三乙醇胺、苯甲酸二甲氨基乙酯、OXE-01、三芳基硫鎓盐、过硫酸铵、N,N-二甲基苯胺、异丙苯过氧化氢和2-甲基-1-(4-甲基苯基)-2-吗啡-1-丙酮中的至少一种。
6.如权利要求1所述的用于光固化3D打印的金属浆料的制备方法，其特征在于，所述的引发剂包括以重量份计的嘉兴饶稷科技公司生产的CPI-20 1～5份及嘉兴饶稷科技公司生产的CPI-06 1～4份。
7.权利要求1-6任意一项所述的用于光固化3D打印的金属浆料的制备方法，其特征在于，将金属粉、光固化树脂预聚物、分散剂和引发剂混合均匀，制得固相含量在60wt％～90wt％的金属浆料。
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