一种利用三维打印技术制作陶瓷的方法技术

本发明专利技术提供一种利用三维打印技术制作陶瓷的方法，涉及陶瓷制作技术领域，包括在上位机上生成待打印的三维模型，并按设定层厚将所述三维模型切片形成多层对应的平面图并发送至三维打印机中进行打印，所述三维打印机逐层进行铺粉、喷射及加热步骤，经过逐层堆叠粘结成陶瓷件前驱体，然后将成型后的陶瓷前驱体直接烧结获得陶瓷件，也可以进一步制作免烧结陶瓷件。本发明专利技术是以陶瓷粉末为主要原料，降低了陶瓷制作成本；所制作的陶瓷件缺陷少且致密度高；陶瓷件的打印尺寸不受限制，且打印效率高，有效提升生产效率；无需进行脱脂等步骤，使生产过程更加环保。

A Method of Making Ceramics by Three-Dimensional Printing Technology

The invention provides a method for making ceramics by using three-dimensional printing technology, which relates to the technical field of ceramics production, including generating a three-dimensional model to be printed on the upper computer, forming a multi-layer corresponding plane map according to the set thickness of the three-dimensional model slice and sending it to a three-dimensional printer for printing. The three-dimensional printer carries out the steps of powder laying, spraying and heating layer by layer. The ceramic precursors are bonded layer by layer, and then sintered directly to obtain the ceramic parts. The sinterless ceramic parts can also be further made. The invention takes ceramic powder as the main raw material, reduces the production cost of ceramics; the ceramics produced have fewer defects and high density; the printing size of ceramics is unrestricted, and the printing efficiency is high, and the production efficiency is effectively improved; no degreasing and other steps are needed to make the production process more environmentally friendly.

【技术实现步骤摘要】
一种利用三维打印技术制作陶瓷的方法
本专利技术涉及陶瓷制作领域，尤其涉及一种利用三维打印技术制作陶瓷的方法。
技术介绍
三维打印技术是以计算机三维模型为蓝本，通过计算机软件完成模型切片，再结合一系列的自动控制过程，应用材料逐点、逐线或逐面叠加工艺，实现产品增材制造的一种快速成型技术。三维打印具备构型自由度高、生产周期短、免模具、自动化程度高、综合成本低等优点，被认为是一种面向未来的先进制造技术，目前处于高速发展期。陶瓷制品用途广泛，深受市场青睐。传统的陶瓷制作方法工艺繁复，且无法制作出空间结构复杂的产品，使产品设计受限。当前已报道的利用三维打印技术制作陶瓷的方法有两种，一种是将陶瓷粉末和光敏树脂混合形成浆料，采用光固化工艺实施三维打印，获得陶瓷前驱体，再进行烧结获得陶瓷件；另一种是在陶瓷粉末表面包覆一层高分子材料，再应用激光逐层选区扫描这类粉末，使之粘结成型，再结合脱脂、烧结等工艺获得陶瓷件。上述两种方法相较与传统的陶瓷制作方法具有一定的优势，但是也存在成本较高、成型尺寸较小、打印效率低、烧结过程收缩严重、陶瓷件致密度不高、易产生缺陷及生产过程不环保的缺点。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种利用三维打印技术制作陶瓷的方法，具体包括预先制备正硅酸乙酯、具有预定成分的粉体材料，以及将水、助溶剂及酸碱调节剂按一定比例混合得到的复合功能试剂；所述方法中，首先通过上位机生成待打印的三维模型，并将所述三维模型切片后形成多层对应的平面图并发送至下位的三维打印机中进行打印；还包括如下步骤：步骤S1，在成型面上采用所述正硅酸乙酯、所述粉体材料以及所述复合功能试剂混合形成一层所述平面图对应的打印层；步骤S2，采用所述三维打印机的加热装置对所述打印层进行加热，完成一层的成型；步骤S3，重复所述步骤S1-S2，直至所有所述平面图均打印完毕并形成陶瓷前驱体后，转向步骤S4；步骤S4，将所述陶瓷件前驱体进行处理得到陶瓷件，随后退出。优选的，分别制备所述粉体材料、所述正硅酸乙酯和所述复合功能试剂，使得所述正硅酸乙酯与所述粉体材料的质量比为2％-15％，且所述复合功能试剂中水的质量是所述正硅酸乙酯的质量的2-5倍。优选的，所述粉体材料包括瓷土、高岭土、陶土、膨润土以及长石粉中的一种粉末或者几种粉末的混合；所述粉末的粒径范围为100-8000目。优选的，所述步骤S2中，所述加热装置为红外加热装置，或者微波加热装置，或者超声加速反应装置。优选的，混合形成所述复合功能试剂时，所述一定比例为：水的含量不小于50％，助溶剂的含量不小于10％。优选的，混合形成的所述复合功能试剂中：所述助溶剂包括乙醇，和/或甲醇，和/或异丙醇，和/或正丁醇，和/或二氧六环，和/或甲酰胺，和/或丙酮，和/或四氢呋喃；所述酸碱调节剂包括盐酸，和/或氢氟酸，和/或硫酸，和/或硝酸，和/或氨水，和/或有机氨。优选的，预先将所述正硅酸乙酯和所述粉体材料混合形成第一预混粉料；所述步骤S1具体包括：步骤S11a，将所述第一预混粉料铺设在所述成型面上；步骤S12a，采用所述三维打印机的阵列式压电喷头，在所述成型面上喷射所述复合功能试剂，以形成所述打印层。优选的，预先将所述粉体材料与所述复合功能试剂混合形成第二预混粉料；所述步骤S1具体包括：步骤S11b，将所述第二预混粉料铺设在所述成型面上；步骤S12b，采用所述三维打印机的阵列式压电喷头，在所述成型面上喷射所述正硅酸乙酯，以形成所述打印层。优选的，所述步骤S1具体包括：步骤S11c，将所述粉体材料铺设在所述成型面上；步骤S12c，采用所述三维打印机上的第一阵列式压电喷头在所述成型面上喷射所述正硅酸乙酯，同时采用所述三维打印机上的第二阵列式压电喷头在所述成型面上喷射所述复合功能试剂，以形成所述打印层。优选的，对所述陶瓷前驱体采用烧结的方式进行处理后形成所述陶瓷件，具体包括：步骤A1，将所述陶瓷前驱体置入正硅酸乙酯中浸泡；步骤A2，再将所述陶瓷前驱体置入所述复合功能试剂中浸泡；步骤A3，将所述陶瓷前驱体拿出干燥后再进行烧结，形成所述陶瓷件。优选的，对所述陶瓷前驱体采用免烧结的方式进行处理后形成所述陶瓷件，具体包括：步骤B1，将所述陶瓷前驱体置入正硅酸乙酯中浸泡；步骤B2，再将所述陶瓷前驱体置入所述复合功能试剂中浸泡；步骤B3，将所述陶瓷前驱体拿出干燥；重复所述步骤B1-B3，直至液体无法渗入所述陶瓷前驱体后形成所述陶瓷件。本专利技术的有益效果是：1)采用价格更低廉的原料，降低三维打印陶瓷件成本；2)所制作的陶瓷件缺陷少且致密度高；3)陶瓷件的打印尺寸不受限制，且打印效率高，有效提升生产效率；4)打印成型过程中的成型粘结剂为无机物二氧化硅，是陶瓷自身的有效组分之一，无需进行脱脂步骤，且烧结过程中无大量有机其他产生，生产过程更加环保。附图说明图1是本专利技术的较佳的实施例中，一种利用三维打印技术制作陶瓷的方法的流程示意图；图2是本专利技术的一个较佳的实施例中，粉体材料、正硅酸乙酯和复合功能试剂混合的流程示意图；图3是本专利技术的另一个较佳的实施例中，粉体材料、正硅酸乙酯和复合功能试剂混合的流程示意图；图4是本专利技术的另一个较佳的实施例中，粉体材料、正硅酸乙酯和复合功能试剂混合的流程示意图；图5是本专利技术的较佳的实施例中，对陶瓷前驱体采用烧结的方式进行处理后形成陶瓷件的流程示意图；图6是本专利技术的较佳的实施例中，对陶瓷前驱体采用免烧结的方式进行处理后形成陶瓷件的流程示意图；图7是本专利技术的一个较佳的实施例中，工作台和铺粉装置的侧面示意图，工作台处在下移一层的状态；图8是本专利技术的一个较佳的实施例中，通过铺粉辊子使工作台上铺设一层预混粉料后的示意图；图9是本专利技术的一个较佳的实施例中，向成型区域喷射复合功能试剂的侧面示意图；图10是本专利技术的一个较佳的实施例中，向成型区域喷射复合功能试剂的俯视示意图；图11是本专利技术的一个较佳的实施例中，加热装置作用于成型区域的侧面示意图；图12是本专利技术的一个较佳的实施例中，经逐层堆叠粘结固化成实体的侧面示意图；图13是本专利技术的一个较佳的实施例中，陶瓷件前驱体在烘箱中加热保温的示意图；图14是本专利技术的一个较佳的实施例中，替代铺粉辊子通过铺粉刮板在粉末床铺设预混粉料的示意图；具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术并不限定于该实施方式，只要符合本专利技术的主旨，则其他实施方式也可以属于本专利技术的范畴。一种利用三维打印技术制作陶瓷的方法，包括预先制备正硅酸乙酯、具有预定成分的粉体材料，以及将水、助溶剂及酸碱调节剂按一定比例混合得到的复合功能试剂；该方法中，首先通过上位机生成待打印的三维模型，并将三维模型切片后形成多层对应的平面图并发送至下位的三维打印机中进行打印；如图1所示，还包括如下步骤：步骤S1，在成型面上采用正硅酸乙酯、粉体材料以及复合功能试剂混合形成一层平面图对应的打印层；步骤S2，采用三维打印机的加热装置对打印层进行加热，完成一层的成型；步骤S3，重复步骤S1-S2，直至所有平面图均打印完毕并形成陶瓷前驱体后，转向步骤S4；步骤S4，将陶瓷件前驱体进行处理得到陶瓷件，随后退出。具体地，本实施例中，打印层的层厚可在上位机软件上根据需要进行设置，层厚的设置值可以在0.05-1mm之间。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用三维打印技术制作陶瓷的方法，其特征在于，预先制备正硅酸乙酯、具有预定成分的粉体材料，以及将水、助溶剂及酸碱调节剂按一定比例混合得到的复合功能试剂；所述方法中，首先通过上位机生成待打印的三维模型，并将所述三维模型切片后形成多层对应的平面图并发送至下位的三维打印机中进行打印；还包括如下步骤：步骤S1，在成型面上采用所述正硅酸乙酯、所述粉体材料以及所述复合功能试剂混合形成一层所述平面图对应的打印层；步骤S2，采用所述三维打印机的加热装置对所述打印层进行加热，完成一层的成型；步骤S3，重复所述步骤S1‑S2，直至所有所述平面图均打印完毕并形成陶瓷前驱体后，转向步骤S4；步骤S4，将所述陶瓷件前驱体进行处理得到陶瓷件，随后退出。

【技术特征摘要】
1.一种利用三维打印技术制作陶瓷的方法，其特征在于，预先制备正硅酸乙酯、具有预定成分的粉体材料，以及将水、助溶剂及酸碱调节剂按一定比例混合得到的复合功能试剂；所述方法中，首先通过上位机生成待打印的三维模型，并将所述三维模型切片后形成多层对应的平面图并发送至下位的三维打印机中进行打印；还包括如下步骤：步骤S1，在成型面上采用所述正硅酸乙酯、所述粉体材料以及所述复合功能试剂混合形成一层所述平面图对应的打印层；步骤S2，采用所述三维打印机的加热装置对所述打印层进行加热，完成一层的成型；步骤S3，重复所述步骤S1-S2，直至所有所述平面图均打印完毕并形成陶瓷前驱体后，转向步骤S4；步骤S4，将所述陶瓷件前驱体进行处理得到陶瓷件，随后退出。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分别制备所述粉体材料、所述正硅酸乙酯和所述复合功能试剂，使得所述正硅酸乙酯与所述粉体材料的质量比为2％-15％，且所述复合功能试剂中水的质量是所述正硅酸乙酯的质量的2-5倍。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉体材料包括瓷土、高岭土、陶土、膨润土以及长石粉中的一种粉末或者几种粉末的混合；所述粉末的粒径范围为100-8000目。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述加热装置为红外加热装置，或者微波加热装置，或者超声加速反应装置。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，混合形成所述复合功能试剂时，所述一定比例为：水的含量不小于50％，助溶剂的含量不小于10％。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，混合形成的所述复合功能试剂中：所述助溶剂包括乙醇，和/或甲醇，和/或异丙醇，和/或正丁醇，和/或二氧六环，和/或甲酰胺，和/或丙酮，和/或四氢呋喃；所述酸碱调节剂包括盐酸，和/或氢氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宇杰，王庭，王站，陈杰，
申请(专利权)人：宁波多维时空智能设备有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33