一种用于三维印刷成形工艺的水门汀组合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于三维印刷成形工艺的水门汀组合物，包括玻璃离子水门汀液剂粉末与玻璃离子水门汀固剂粉末，所述的玻璃离子水门汀液剂粉末成分包括两种或及以上聚羧酸粉末；所述玻璃离子水门汀固剂粉末成分包括两种或及以上金属氧化物粉末。本发明专利技术还提供一种用于三维印刷成形工艺的水门汀组合物物制备方法，包括以下步骤：原料选取、原料处理、三维印刷。本发明专利技术的有益效果是：采用粉液分离方式，降低堵头风险；通过采用水门汀固液反应，辅以聚乙烯醇‑硼砂水凝胶方案，提高构件的粘接强度；通过预先配置打印墨水与粉末固剂，使制件精度更高；通过采用酯类物质水解，减少墨水对喷头和墨水通路的侵蚀损害。

【技术实现步骤摘要】
一种用于三维印刷成形工艺的水门汀组合物及其制备方法
本专利技术涉及用于三维印刷的水门汀领域，具体是一种用于三维印刷成形工艺的水门汀组合物及其制备方法。
技术介绍
三维印刷（ThreeDimensionalPrinting，3DP）技术又被称为增材制造技术，是一种新兴的技术。而三维印刷（3DP）技术又是增材制造技术中的一种代表性的成形工艺，主要采用喷头喷射粘合剂对粉末材料进行选择性粘结并固化，是一种由离散点层层堆集成三维实体的快速成型方法，而与该技术相匹配的成形材料与粘结剂是影响3DP成形性能的重要因素。目前3DP工艺支持多种类型的粉末材料，包括石膏、聚合物、金属、陶瓷等，是业内公认的最具发展潜力和生命力的3D打印技术。尽管三维印刷成形材料广泛，包括石膏、生物陶瓷、金属等，但与材料匹配的粘结剂至关重要，目前业内普遍采用的是树脂粘结的方案，将树脂溶于有机溶剂，调配成可以用于压电喷头喷射的墨水。树脂添加量决定了墨水体系的粘度和打印性能。树脂含量过少，试件强度低，容易溃散；树脂含量高，则容易堵塞喷头。另一方面，树脂粘结是通过物理方法的粘结，所选树脂的软化点和成膜性能不同，也会影响粘结的强度。目前还有采用聚乙烯醇（PVA）作为粘接剂的墨水，但单纯的PVA水溶液粘性有限，同样也是基于物理方法的粘结，导致制件的强度偏低。玻璃离子水门汀粉剂主要由二氧化硅、氧化铝、氟化钙、磷酸铝等组成，聚羧酸锌水门汀的粉剂主要包含氧化锌、氧化镁、氟化钙、氧化铝等，两种类型的水门汀的液剂相同，均为丙烯酸与衣康酸共聚物的水溶液。当水门汀粉剂与液剂按照一定比例混合后则发生化学反应生成聚羧酸钙、聚羧酸铝、聚羧酸锌等聚羧酸盐形成3d网格状凝胶而固化。目前尚无水门汀类似方案应用于三维印刷成形工艺。
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，提供一种用于三维印刷成形工艺的水门汀组合物及其制备方法，以至少达到高粘结强度、避免喷头堵塞的目的。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：包括玻璃离子水门汀液剂粉末与玻璃离子水门汀固剂粉末，所述的玻璃离子水门汀液剂粉末成分包括两种及以上的聚羧酸组合物；所述玻璃离子水门汀固剂粉末成分包括两种及以上金属氧化物组合物。优选的，所述的聚羧酸组合物包括但不限于柠檬酸铵、硼砂、酒石酸、丙烯酸、衣康酸、马来酸酐、丙烯酸-衣康酸共聚物、马来酸-衣康酸共聚物、正磷酸，所述的金属氧化物组合物包括但不限于氧化钛、二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化镁、氧化钙、氧化铜、氧化铬、氧化铅、氧化铈、氧化锆、氧化钇。本专利技术还提供一种用于三维印刷成形工艺的水门汀组合物制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a）原料选取：根据玻璃离子水门汀固液反应粘接特性，选取聚乙烯醇打印墨水粉剂、成型主材、玻璃离子水门汀液剂粉末、玻璃离子水门汀固剂粉末；b）原料处理：Ⅰ将所述步骤a）中玻璃离子水门汀固剂粉末作为粉末固剂，所述粉末固剂与成型主材通过高速搅拌机混合均匀，并依次通过筛网筛除大颗粒杂质得到筛分料；Ⅱ所述步骤a）中玻璃离子水门汀液剂粉末与聚乙烯醇打印墨水粉剂通过高速搅拌机搅拌均匀作为打印墨水粉剂，所述打印墨水粉剂溶于超纯去离子水形成打印墨水；c）三维印刷：将步骤c）中所述的筛分料置于三维印刷机的原料仓中，将步骤c）中所述的打印墨水置于三维印刷机的墨水喷头中，按照三维印刷机的设定程序进行喷涂，模型打印成型。优选的，所述的步骤b）中原料处理按照质量比例2-10%粉末固剂、80-95%成型主材、5-10%打印墨水粉剂配置，通过打印墨水粉剂与粉末固剂质量比例对应，进而使玻璃离子水门汀的固剂与液剂能充分反应形成所需要的3D网状结构。优选的，所述改性淀粉包括但不限于改进粘结性能和吸湿性能的羧甲基淀粉，用以增加聚乙烯醇打印墨水的粘接性，同时改性淀粉可以作为分散剂，使玻璃水门汀液剂粉末均匀分布在打印墨水中。优选的，所述的聚乙烯醇打印墨水粉剂中还添加有酯类物质，通过酯类物质水解调节打印墨水的pH值，使墨水的强酸性pH调节为弱碱性pH，进而降低打印墨水对墨水通路与喷头的侵蚀。优选的，所述的成型主材成分选用半水石膏粉、羟基磷灰石、长石粉、玻璃粉、石英粉、陶瓷粉、水泥粉、不锈钢粉、镍粉、钛合金粉、碳化钨粉、碳化硅粉中的一种或多种，适应不同三维印刷的要求。优选的，所述的步骤c）中的筛分采用依次通过500、800目筛网筛分，使步骤a）成型原料中粉末固剂与成型主材的粒径在10-18μm内，保证所述筛分料与打印墨水充分接触，进而使粉末固剂与玻璃离子水门汀充分反应形成3D网格状凝胶，同时保证聚乙烯醇打印墨水充分粘接成型主材与粉末固剂。本专利技术的有益效果是：1.通过将水溶性的粉剂成分配置成打印墨水，对比树脂类墨水，更具环保无害特性。2.通过采用玻璃离子水门汀固液反应方案，辅以聚乙烯醇打印墨水的凝胶方案，通过玻璃离子水门汀固液反应形成3D网格状凝胶，聚乙烯醇-硼砂快速发生凝胶交联固化，进而提高构件的粘接强度。3.通过将打印墨水预先使用超纯去离子水配置、粉末固剂预先与成型主材混合，进而可以精准控制液滴渗透范围，使制件精度更高；同时采用粉液分离方式，降低堵头风险。4.通过采用酯类物质加入打印墨水中进行水解，调节打印墨水酸碱度偏向弱碱性，进而减少墨水对喷头和墨水通路的侵蚀损害，同时采用酯类物质提高打印墨水香气。5.通过500与800目筛网筛分出10-18μm的筛分料，保证所述筛分料与打印墨水充分接触，进而使粉末固剂与玻璃离子水门汀充分反应形成3D网格状凝胶，同时保证聚乙烯醇打印墨水充分粘接成型主材与粉末固剂。6.通过聚乙烯醇打印墨水粉剂中加入改性淀粉，用以增加聚乙烯醇打印墨水的粘接性，同时改性淀粉可以作为分散剂，使玻璃水门汀液剂粉末均匀分布在打印墨水中。说明书附图图1为本专利技术的玻璃离子水门汀固液反应的原理图；1-水解反应，ⅰ-酸性成分，ⅱ-玻璃成分，2-凝固过程。具体实施方式下面进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。实施例1：快速成型石膏粉的组合物配方及其制备方法一种用于三维印刷成形工艺的水门汀组合物，包括玻璃离子水门汀液剂粉末与玻璃离子水门汀固剂粉末，所述的玻璃离子水门汀液剂粉末成分选用衣康酸、聚羧酸；所述玻璃离子水门汀固剂粉末成分选用氧化锌、氧化镁、氧化钙。本发还提供一种用于三维印刷成形工艺的水门汀组合物制备方法，包括以下步骤：a）原料选取：根据玻璃离子水门汀固液反应粘接特性，具体质量配比为3%聚乙烯醇、0.5%硼砂作为聚乙烯醇打印墨水粉剂，91%半水石膏粉作为成型主材，0.5%衣康酸、2%聚羧酸作为玻璃离子水门汀液剂粉末，2%氧化锌、0.5%氧化镁、0.5%氧化钙作为玻璃离子水门汀固剂粉末；所述的聚乙烯醇打印墨水粉剂中还添加有占打印墨水总量4%的聚甲基丙烯酸甲酯这种酯类物质，通过聚甲基丙烯酸甲酯水解调节打印墨水的pH值，使墨水的强酸性pH调节为弱碱性pH，进而降低打印墨水对墨水通路与喷头的侵蚀。b）原料处理：Ⅰ将所述步骤a）中玻璃离子水门汀固剂粉末作为粉末固剂，所述粉末固剂与成型主材通过1000r/min高速搅拌机搅拌25-50min混合均匀，并依次通过500与800目筛网筛除大颗粒杂质得到粒径为16μm筛分料，证所述筛分料与打印墨水充分接触，进而使粉末固剂与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于三维印刷成形工艺的水门汀组合物，其特征在于：包括玻璃离子水门汀液剂粉末与玻璃离子水门汀固剂粉末，所述的玻璃离子水门汀液剂粉末成分包括两种及以上的聚羧酸组合物；所述玻璃离子水门汀固剂粉末成分包括两种及以上的金属氧化物组合物。

【技术特征摘要】
1.一种用于三维印刷成形工艺的水门汀组合物，其特征在于：包括玻璃离子水门汀液剂粉末与玻璃离子水门汀固剂粉末，所述的玻璃离子水门汀液剂粉末成分包括两种及以上的聚羧酸组合物；所述玻璃离子水门汀固剂粉末成分包括两种及以上的金属氧化物组合物。2.根据权利要求1所述的一种用于三维印刷成形工艺的水门汀组合物，其特征在于：所述的聚羧酸组合物包括但不限于柠檬酸铵、硼砂、酒石酸、丙烯酸、衣康酸、马来酸酐、丙烯酸-衣康酸共聚物、马来酸-衣康酸共聚物、正磷酸；所述的金属氧化物组合物包括但不限于氧化钛、二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化镁、氧化钙、氧化铜、氧化铬、氧化铅、氧化铈、氧化锆、氧化钇。3.一种用于三维印刷成形工艺的水门汀组合物制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a)原料选取：根据玻璃离子水门汀固液反应粘接特性，选取聚乙烯醇打印墨水粉剂、成型主材、玻璃离子水门汀液剂粉末、玻璃离子水门汀固剂粉末；b)原料处理：Ⅰ将所述步骤a)中玻璃离子水门汀固剂粉末作为粉末固剂，所述粉末固剂与成型主材通过高速搅拌机混合均匀，并依次通过筛网筛除大颗粒杂质得到筛分料；Ⅱ所述步骤a)中玻璃离子水门汀液剂粉末与聚乙烯醇打印墨水粉剂通过高速搅拌机搅拌均匀作为打印墨水粉剂，所述打印墨水粉剂溶于超纯去离子水形成打印墨水；c)三维印刷：将步骤c)中所述的筛分料置于三维印刷机的原料仓中，将步骤c)中所述的打...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军超，鄢然，李彦法，杜江涛，
申请(专利权)人：重庆大学，武汉三迪创为科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50