本发明专利技术公开了一种直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料，按质量比组成为：陶瓷骨料粉体∶瓜尔豆胶粉体∶分散剂∶增稠剂∶去离子水＝180～185∶0.4～0.6∶1.0～1.5∶0.2～0.6∶40～70。此外，还公开了上述粘土泥料的制备方法和应用。本发明专利技术粘土泥料固含量高、剪稀性能良好，适宜于直接成型法3D打印陶瓷器件的制备，于室温条件下在3D打印过程中即可逐渐干燥、固化，从而获得既定的结构而不会塌陷，打印精度高，能够很好地满足3D打印直接成型的需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及3D打印
，尤其涉及一种直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料及其制备方法和应用。
技术介绍
3D打印技术，是根据所设计的3D模型，通过3D打印设备逐层增加材料来制造三维产品的技术，这种逐层堆积成形技术又被称作增材制造。3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。3D打印材料主要包括塑料、金属、树脂、橡胶、陶瓷等。其中，陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐高温、低密度、化学稳定性好、耐腐蚀等优异特性，在航空航天、汽车、生物等行业有着广泛的应用。但由于陶瓷材料硬而脆的特点，使其加工成形尤其困难。与金属和塑料等材料不同，陶瓷材料无法在3D成型过程中，依靠陶瓷粉体的结合而成型。因此，3D打印用的陶瓷材料，目前通常采用的是陶瓷粉末和某种粘结剂所组成的混合物，按工艺过程其3D打印方式分为：(1)逐层粘结法，即利用喷嘴向待成型的陶瓷粉床上喷射粘结剂粉末，利用激光烧结，将该层需要固化的粉料进行加热、固化；然后再重新铺上一层粉体，并喷射粘结剂粉末，如此重复进行，最后除去未喷射粘结剂的粉料即可得到立体物件。(2)直接成型法，即首先将陶瓷粉末与粘结剂混合制备成陶瓷泥浆，3D打印时通过挤出堆积而直接形成一定的形状。上述逐层粘结法中，由于粘结剂粉末的熔点较低，激光烧结时只是将粘结剂粉末熔化而使陶瓷粉末粘结在一起。在激光烧结之后，需要将陶瓷制品放入到温控炉中，在较高的温度下进行后处理。其中陶瓷粉末和粘结剂粉末的配比会影响到陶瓷零部件的性能。粘结剂粉末份量多，烧结比较容易，但在后处理过程中零件收缩比较大，会影响零件的尺寸精度；粘结剂粉末份量少，则不易烧结成形。而陶瓷粉末在激光直接快速烧结时液相表面张力大，在快速凝固过程中会产生较大的热应力，从而容易形成较多的微裂纹。与逐层粘结法相比，直接成型法能够直接打印获得更为复杂的形状，如含闭孔结构(对于逐层粘结法，由于中间没有固化的粉体无法取出，因此无法获得这种形状结构)。然而，直接成型法所用泥料需要具有较好的剪稀性能，即在3D打印挤出时具有较小的粘度；挤出后，粘度快速增加，以便能够保持样品具有一定的形状而不坍塌，从而维持3D打印件的外形。粘土类陶瓷材料具有良好的塑性和粘结性，作为3D打印直接成型陶瓷骨料具有明显的优势；但是，粘土本身的结构使得其需要吸附更多的水才能实现流动，这样便导致浆料固含量较低，固化成型困难，容易导致3D打印件的坍塌。因此，以粘土为陶瓷骨料的3D打印直接成型，需要核心解决的是粘土类陶瓷浆料的触变性问题。这也是目前陶瓷直接快速成形工艺尚未成熟、仍处于研究阶段的原因。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种固含量高、剪稀性能良好的直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料，使得其易于固化成型、打印精度高，从而很好地满足3D打印直接成型的需求。本专利技术的另一目的在于提供上述直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料的制备方法、以及应用。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：本专利技术提供的一种直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料，按质量比组成为：陶瓷骨料粉体∶瓜尔豆胶粉体∶分散剂∶增稠剂∶去离子水＝180～185∶0.4～0.6∶1.0～1.5∶0.2～0.6∶40～70；所述陶瓷骨料粉体按重量百分比其组成为：粘土类陶瓷粉体70～100％、方解石0～4％、钠长石0～2％、滑石0～5％、α-Al2O3 0～16.5％、BaCO3 0～1％、SiO2 0～1.8％。本专利技术采用粘土类陶瓷粉体作为陶瓷骨料粉体的原料，根据3D陶瓷打印器件所需煅烧温度，可以添加方解石、钠长石、滑石、α-Al2O3、BaCO3、SiO2中的一种或其组合。上述方案中，本专利技术所述粘土类陶瓷粉体为经高温煅烧的高岭土和/或蒙脱土，以去除其中的有机质。所述粘土类陶瓷粉体的平均粒径为0.5～1μm。进一步地，本专利技术所述分散剂为多聚磷酸钠、粘度300～3000mPa·s的聚丙烯酸铵、DISPERSANT8400AL-G、磷酸钠中的一种或其组合。所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、粘度3000～300000mPa·s的聚丙烯酸铵、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、聚乙二醇10000中的一种或其组合。本专利技术的另一目的通过以下技术方案予以实现：本专利技术提供的上述直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料的制备方法，包括以下步骤：(1)所述分散剂与去离子水混合均匀，得到分散剂溶液；(2)所述陶瓷骨料粉体加入到分散剂溶液中混合均匀，得到悬浮液A；(3)所述瓜尔豆胶粉体加入到悬浮液A中，形成悬浮液B；(4)所述增稠剂加入到悬浮液B中，得到直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料，其固含量为67～75％。本专利技术提供的上述直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料的应用，用于直接成型3D打印陶瓷器件，包括以下步骤：(1)将上述粘土泥料装入3D打印设备的料筒中，抽真空以脱除泥料中的气泡；(2)将料筒安装于3D打印设备中，并与用于挤出泥料的针筒连接；(3)将料筒与压缩空气装置连接，通过调节压缩空气的压力控制挤出速率；(4)利用3D打印设备中的三维立体结构模型，控制泥料的挤出位置，通过挤出泥条的排列堆积，得到陶瓷器件的生坯；(5)所述生坯干燥后，经煅烧处理，即得到陶瓷器件。进一步地，本专利技术应用中所述步骤(2)的针筒其针头的直径为0.1～1mm。所述步骤(3)中压缩空气的压力调节范围为0～1.5MPa。所述步骤(5)中，生坯的干燥温度为100～120℃，根据陶瓷骨料粉体的组成，煅烧温度为1160～1450℃。本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术粘土泥料固含量高(≥67％)，在室温条件下，泥料就能够在3D打印过程中逐渐干燥、固化，无需特殊的固化条件，就能够获得既定的结构而实现直接成型，很好地解决了粘土类陶瓷浆料的触变性问题。(2)本专利技术粘土泥料具有良好的剪稀性能，在0.2MP压力的驱动下，能够通过直径为0.5mm的针孔，并且不出现断裂的情况。挤出后，泥料的粘度急剧增加，能够堆积5cm高度(0.5mm泥条单层堆积)而不会塌陷，具有较高的打印精度，能够很好地满足直接成型的需要。(3)本专利技术制备方法简单易行，粘土泥料用于直接成型3D打印，可以通过调节压缩空气的压力和针筒针头的直径，协调解决打印速率和打印精度之间的矛盾，操控方法简单可靠。附图说明下面将结合实施例和附图对本专利技术作进一步的详细描述：图1是本专利技术实施例一制得的陶瓷器件图片；图2是本专利技术实施例所得陶瓷器件的扫描电镜照片之一；图3是本专利技术实施例所得陶瓷器件的扫描电镜照片之二。具体实施方式实施例一：1、本实施例一种直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料的制备方法，其步骤如下：(1)将1g多聚磷酸钠溶于60g去离子水中混合均匀，得到分散剂溶液；(2)将183g煅烧高岭土(d50＝0.5μm)在高速搅拌条件下(4000rpm)，逐渐加入到分散剂溶液中混合均匀，得到悬浮液A；(3)将0.488g瓜尔豆胶粉末，同样在高速搅拌条件下加入悬浮液A中，形成悬浮液B；(4)将0.244g羧甲基纤维素钠(粘度300～800mPa·s)加入到悬浮液B中，继续搅拌60min，得到直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料，其固含量为74.8％。2、本实施例一种直接成型3D陶瓷打本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料，其特征在于按质量比组成为：陶瓷骨料粉体∶瓜尔豆胶粉体∶分散剂∶增稠剂∶去离子水＝180～185∶0.4～0.6∶1.0～1.5∶0.2～0.6∶40～70；所述陶瓷骨料粉体按重量百分比其组成为：粘土类陶瓷粉体70～100％、方解石0～4％、钠长石0～2％、滑石0～5％、α‑Al2O3 0～16.5％、BaCO3 0～1％、SiO2 0～1.8％。
【技术特征摘要】
1.一种直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料，其特征在于按质量比组成为：陶瓷骨料粉体∶瓜尔豆胶粉体∶分散剂∶增稠剂∶去离子水＝180～185∶0.4～0.6∶1.0～1.5∶0.2～0.6∶40～70；所述陶瓷骨料粉体按重量百分比其组成为：粘土类陶瓷粉体70～100％、方解石0～4％、钠长石0～2％、滑石0～5％、α-Al2O3 0～16.5％、BaCO3 0～1％、SiO2 0～1.8％。2.根据权利要求1所述的直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料，其特征在于：所述粘土类陶瓷粉体为经高温煅烧的高岭土和/或蒙脱土。3.根据权利要求1或2所述的直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料，其特征在于：所述粘土类陶瓷粉体的平均粒径为0.5～1μm。4.根据权利要求1所述的直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料，其特征在于：所述分散剂为多聚磷酸钠、粘度300～3000mPa·s的聚丙烯酸铵、DISPERSANT8400AL-G、磷酸钠中的一种或其组合。5.根据权利要求1所述的直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料，其特征在于：所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、粘度3000～300000mPa·s的聚丙烯酸铵、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、聚乙二醇10000中的一种或其组合。6.权利要求1-5之一所述直接成型3D陶瓷打印用粘土泥料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：常启兵，施德太，邱瀚仡，付斌，汪永清，周健儿，
申请(专利权)人：景德镇陶瓷大学，
类型：发明
国别省市：江西;36
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