一种快速成型的3D打印陶瓷材料及打印方法技术

本发明专利技术公开了一种快速成型的3D打印陶瓷材料及打印方法，所述陶瓷材料由以下重量份的原料组成：木岱瓷土，30‑40份，黏土：10‑15份，氧化铝：18‑25份，氧化锆10‑18份，铁粉：2‑10份，助剂：25‑33份；打印方法，包括以下步骤：（1）将木岱瓷土、黏土、氧化铝、氧化锆和助剂混合均匀，通入氮气以排除空气，再加入铁粉边通氮气边搅拌，至铁粉搅拌均匀后得到所述陶瓷材料；（2）将陶瓷材料放置于3D打印机料槽内，所述料槽内氧浓度≦10ppm；（3）启动3D打印机打印陶瓷初坯，再经后期加工和打磨，得到最终陶瓷产品。本发明专利技术技术方案在常温常压下实现快速成型，缩短成型周期，节约成本，工艺条件简单，易于实现，可大规模应用。

A Rapid Prototyping 3D Printing Ceramic Material and Printing Method

The invention discloses a rapid prototyping 3-D printing ceramic material and a printing method. The ceramic material consists of the following raw materials: Mudai ceramic clay, 30 40, clay: 10 15, alumina: 18 25, zirconia 10 18, iron powder: 2 10, additives: 25 33; printing method, including the following steps: (1) to oxidize Mudai ceramic clay, clay and oxidize. Aluminum, zirconia and additives are mixed evenly, nitrogen is added to exclude air, and iron powder is added to stir with nitrogen until iron powder is stirred evenly to obtain the ceramic material; (2) ceramic material is placed in the material tank of 3D printer, the oxygen concentration in the material tank is less than 10 ppm; (3) 3D printer is started to print the initial ceramic blank, and then processed and grinded to obtain the final ceramic product. \u3002 The technical scheme of the invention realizes rapid prototyping at room temperature and pressure, shortens the forming cycle, saves cost, has simple process conditions, is easy to realize, and can be widely applied.

【技术实现步骤摘要】
一种快速成型的3D打印陶瓷材料及打印方法
本专利技术涉及陶瓷材料的3D打印技术，尤其是涉及一种快速成型的3D打印陶瓷材料及打印方法。
技术介绍
3D打印技术是一种实体快速成型制造技术，它采用离散--堆积原理，综合了计算机图形处理、数字化信息和控制、光机电技术和材料技术等多项技术的优势，通过逐层不同图形的积累，最终形成一个三维物体。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打印材料主要包括高分子材料、金属材料、无机非金属材料和食品材料等。陶瓷3D打印工艺采用的原材料为陶瓷粉末或陶瓷浆料，而成型技术及工艺，目前分为直接成型和间接成型两种成型方法，直接成型采用选择性激光烧结成型，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；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。例如，在中国专利上公开的一种用于3D打印的纳米陶瓷材料及其3D打印成型方法，其公开号为CN105130402A，利用无机粘土的高塑性和粘结性，以无机粘土为粘结剂，将纳米陶瓷颗粒与无机粘土混合，得到用于3D打印的纳米陶瓷材料，再通过3D打印成型，同时采用激光烧结，借助激光快速加热和冷却的特性，将无机粘土烧结形成纳米级的陶瓷晶粒，并与纳米陶瓷颗粒形成纳米陶瓷产品。在中国专利上公开的3D打印氧化钛陶瓷材料及其制备方法，其公开号为CN106699111A，该制备方法包括：1)将高岭土、硅藻土、氧化钛、硼酸、蔗糖、三氧化钼、纳米铝、玻璃纤维和水进行混合，接着进行煅烧以制得煅烧产物；2)将聚偏氟乙烯、甲基纤维素、硅烷偶联剂与煅烧产物进行混合以制得基料；3)将基料进行研磨以制得3D打印氧化钛陶瓷材料。
技术实现思路
本专利技术是为了克服上述现有陶瓷3D打印技术激光烧结成型能耗高、不利于3D打印的推广使用或者粘结成型工艺复杂，成型周期长的问题，提供一种快速成型的3D打印陶瓷材料及打印方法，无需激光烧结，采用粘结成型，常规条件下可快速固化，工艺简单成型周期短，有效提高陶瓷3D打印效率。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种快速成型的3D打印陶瓷材料，由以下重量份的原料组成：木岱瓷土30-40份黏土10-15份氧化铝18-25份氧化锆10-18份铁粉2-10份助剂25-33份。作为优选，所述助剂包括浸润剂10-15份和粘结剂15-18份。作为优选，所述粘结剂选自聚乙二醇、聚乙烯醇、卡拉胶中的一种或几种。作为优选，所述浸润剂为氯化钠溶液或氯化钾溶液，所述氯化钠溶液或氯化钾溶液的浓度为0.1-2M。作为优选，所述浸润剂由氯化钠或氯化钾溶于煮沸过的水中制成。将水煮沸后再配制溶液，可除去水中的空气，从而减少溶液中的氧含量。作为优选，所述黏土选自高岭土或蒙脱土中的一种或几种，所述铁粉粒径≦10微米。采用本专利技术技术方案，在陶瓷原料中加入高纯铁粉，在水及氧气存在下陶瓷原料内部发生氧化反应放出大量热量，温度升高，加速粘结剂的挥发从而实现快速固化。此外，在水为溶液中加入少量氯化钠或氯化钾可加速铁粉的氧化速率，提高放热量，木岱瓷土吸收部分热量，从而将热量存储于陶瓷材料内部，降低热损失，最大效率的利用氧化反应产生的热量来加速陶瓷材料的固化，工艺简单，无需激光成型，在常温常压下实现快速成型，缩短成型周期，节约成本。一种快速成型的3D打印陶瓷材料的打印方法，包括以下步骤：（1）将木岱瓷土、黏土、氧化铝、氧化锆和助剂混合均匀，通入氮气以排除空气，再加入铁粉边通氮气边搅拌，至铁粉搅拌均匀后得到所述陶瓷材料；（2）将陶瓷材料放置于3D打印机料槽内，所述料槽内氧浓度≦10ppm；（3）启动3D打印机打印陶瓷初坯，再经后期加工和打磨，得到最终陶瓷产品。先将除铁粉意外的原料混合均匀，并通入氮气使溶液中的氮气饱和以排除空气，避免铁粉加入后与氧气快速反应，造成热量损失。随后将铁粉加入并搅拌均匀，再放入3D打印机料槽内，该过程由于铁粉难免与少量氧气接触反应放热，溶液温度有所上升，有利于粘结剂在水中的溶解，从而提高粘结性。当陶瓷材料从3D打印机料槽中打印出来形成陶瓷初坯，陶瓷初坯暴露在空气中，陶瓷原料的多孔性给氧气进入瓷体内部提供条件，从而与铁粉发生反应放出大量热量，使得陶瓷初坯的内外温度均迅速提高，促进粘结剂的挥发，加速固化，缩短成型周期，工艺条件简单，易于实现，可大规模应用。作为优选，所述助剂包括浸润剂10-15份和粘结剂15-18份，所述粘结剂选自聚乙二醇、聚乙烯醇、卡拉胶中的一种或几种，所述浸润剂为氯化钠溶液或氯化钾溶液，所述氯化钠溶液或氯化钾溶液的浓度为0.1-2M；黏土选自高岭土或蒙脱土中的一种或几种，所述铁粉粒径≦10微米。作为优选，步骤（1）中，通入氮气的量使得陶瓷材料温度为60-96℃。铁粉遇水和氧发生氧化反应放出热能，通过控制氮气的通入量来控制陶瓷材料中的氧含量，从而实现控制氧化反应速率使陶瓷材料的温度控制在60-96℃，以提高粘结剂在水中的溶解度，改善浆料的流动性和粘结性能。作为优选，启动3D打印机在氧浓度≧1000ppm氛围中打印陶瓷初坯。氧浓度越大，铁粉的氧化速率越快，越有利于陶瓷初坯的温度升高，从而加速粘合剂的挥发，进一步快速固化以缩短成型周期短，提高3D打印的效率。因此，本专利技术具有如下有益效果：（1）在常温常压下实现快速成型，缩短成型周期，节约成本；（2）工艺条件简单，易于实现，可大规模应用；（3）提高了粘结剂在水中的溶解度，改善了浆料的流动性和粘结性能。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步的描述。本专利技术所用试剂均为常规试剂或市购产品。实施例1：一种快速成型的3D打印陶瓷材料的打印方法，包括以下步骤：（1）将木岱瓷土30份、高岭土10份、氧化铝18份、氧化锆10份、浓度为0.1M的氯化钠溶液10份和聚乙二醇15份混合均匀，通入高纯氮气以排除空气，再加入粒径为8微米的铁粉2份，边通氮气边搅拌，调节氮气通入速率使体系温度达到60℃，至铁粉搅拌均匀后得到所述陶瓷材料；（2）将陶瓷材料放置于3D打印机料槽内，所述料槽内氧浓度为8ppm；（3）启动3D打印机打印陶瓷初坯，空气中静置1h，再经后期加工和打磨，得到最终陶瓷产品。实施例2：一种快速成型的3D打印陶瓷材料的打印方法，包括以下步骤：（1）将木岱瓷土40份、高岭土15份、氧化铝25份、氧化锆18份、浓度为2M的氯化钾溶液15份和聚乙烯醇18份混合均匀，通入高纯氮气以排除空气，再加入粒径为10微米的铁粉10份，边通氮气边搅拌，调节氮气通入速率使体系温度达到96℃，至铁粉搅拌均匀后得到所述陶瓷材料；（2）将陶瓷材料放置于3D打印机料槽内，所述料槽内氧浓度为10ppm；（3）启动3D打印机在氧浓度为1500ppm下打印陶瓷初坯，静置10min完成固化过程，再经后期加工和打磨，得到最终陶瓷产品。实施例3：一种快速成型的3D打印陶瓷材料的打印方法，包括以下步骤：（1）将木岱瓷土35份、蒙脱土1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速成型的3D打印陶瓷材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：木岱瓷土       30‑40份黏土           10‑15份氧化铝         18‑25份氧化锆         10‑18份铁粉           2‑10份助剂           25‑33份。

【技术特征摘要】
1.一种快速成型的3D打印陶瓷材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：木岱瓷土30-40份黏土10-15份氧化铝18-25份氧化锆10-18份铁粉2-10份助剂25-33份。2.根据权利要求1所述的一种快速成型的3D打印陶瓷材料，其特征在于，所述助剂包括浸润剂10-15份和粘结剂15-18份。3.根据权利要求2所述的一种快速成型的3D打印陶瓷材料，其特征在于，所述粘结剂选自聚乙二醇、聚乙烯醇、卡拉胶中的一种或几种。4.根据权利要求2所述的一种快速成型的3D打印陶瓷材料，其特征在于，所述浸润剂为氯化钠溶液或氯化钾溶液，所述氯化钠溶液或氯化钾溶液的浓度为0.1-2M。5.根据权利要求4所述的一种快速成型的3D打印陶瓷材料，其特征在于，所述浸润剂由氯化钠或氯化钾溶于煮沸过的水中制成。6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种快速成型的3D打印陶瓷材料，其特征在于，所述黏土选自高岭土或蒙脱土中的一种或几种，所述铁粉粒径≦10微米。7.根据权利要求1所述的一种快速成型的3D打印陶瓷材料的打印方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨情情，
申请(专利权)人：杭州创屹机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33