一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料、陶瓷件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料、陶瓷件及其制备方法，该原料制备方法包括：1)按配方比例取各原料并初步混合得初混料，所述初混料的陶瓷粉末固含量最高可达到95wt％；2)将所述初混料采用球磨方式或反复压制破碎方式获得混合均匀且粒径在指定范围的粉料，即为所述高固含量光敏陶瓷原料。该陶瓷件的制备方法包括：1)将上述原料进行逐层铺料及逐层镭射成型；2)对得到的半成品进行初步烧结；3)水浸或超声震荡使未镭射部分脱落；4)高温烧结，即得。优点为，采用固体材料进行3D打印，制造的陶瓷半成品的固含量可高达95％，因烧结脱脂而缩小的比例小，大大提高了制造精度且不易变形。

A kind of 3D printing high solid content photosensitive ceramic raw material, ceramic parts and their preparation method based on solid material light curing molding

The invention relates to a 3D printing high solid content photosensitive ceramic raw material, a ceramic piece and a preparation method thereof based on the light curing forming of a solid material. The preparation method of the raw material includes: 1) taking each raw material according to the formula proportion and preliminarily mixing it to obtain an initial mixture, and the solid content of the ceramic powder of the initial mixture can reach 95wt%; 2) ball milling or repeatedly pressing and crushing the initial mixture to obtain The powder with uniform mixing and particle size in a specified range is the high solid content photosensitive ceramic raw material. The preparation method of the ceramic part includes: 1) laying the above raw materials layer by layer and laser forming layer by layer; 2) preliminary sintering of the obtained semi-finished product; 3) water immersion or ultrasonic vibration to make the non laser part fall off; 4) high temperature sintering, namely. The advantages of 3D printing with solid materials are that the solid content of ceramic semi-finished products can be as high as 95%, and the proportion reduced due to sintering degreasing is small, which greatly improves the manufacturing accuracy and is not easy to deform.

【技术实现步骤摘要】
一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料、陶瓷件及其制备方法
本专利技术属于陶瓷的光固化成型技术，具体涉及一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料、陶瓷件及其制备方法。
技术介绍
陶瓷材料硬度高，脆性大，传统机加工很难适用于陶瓷材料上，其中3D打印是一种较为常见的制造陶瓷的新方式。在诸多陶瓷3D打印技术中，基于立体光刻原理的陶瓷SLA-3D打印技术具有成形质量高、制备零件尺寸范围大、致密度接近理论值等优势，是未来陶瓷3D打印技术发展的重要趋势之一。陶瓷SLA-3D打印的工作原理是：首先3维零件的支撑、分层等数据导入打印机系统中，打印机根据该数据对光敏陶瓷浆料选择性固化；每完成一层浆料固化，3D打印机成形平台下降一个层厚并再铺设新的浆料，最终以层层叠加的形式完成零件胚体的制造；最后陶瓷胚体经过脱脂、烧结等后处理工艺实现致密化。在SLA-3D打印陶瓷技术中，光敏陶瓷原料的属性直接影响最终陶瓷零件的性能，在整个技术流程中占有重要地位。目前常见的3D打印陶瓷，采用液态流体材料配方，具有固含量低，一般为50％左右，烧结出来的产品将会缩小50％，具有最终精度难于把控，烧结脱脂容易产生形变等缺点。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料、陶瓷件及其制备方法，旨在克服现有技术中的光敏陶瓷原料为液态流体材料时带来的烧结时收缩严重、易变形、最终精度难于把控等问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)按配方比例取各原料并初步混合得初混料，所述初混料中包括陶瓷粉末和光敏树脂，所述初混料中陶瓷粉末的含量最高可达到95wt％；2)将所述初混料采用球磨方式或反复压制破碎方式获得混合均匀且粒径在指定范围的粉料，即为所述高固含量光敏陶瓷原料。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以有如下进一步的具体选择。具体的，步骤1)中所述初混料中陶瓷粉末和光敏树脂的含量分别为60-95wt％和5-40wt％。具体的，步骤1)中的初混料中还可以包括1-10wt％的其他助剂，所述其他助剂为稀释剂和分散剂中的一种或多种。具体的，步骤2)中的球磨方式为：将初混料放入球磨罐，加入无水乙醇，没过原料，进行球磨混料，混料充分后，倒出材料进行烘干，放置于不超过50℃的烘干箱进行烘干，直到无水乙醇完全挥发，再进行研磨得到粉末，即为所述高固含量光敏陶瓷原料。具体的，步骤2)中的反复压制破碎方式为：将初混料放置于平板压模设备上压制成薄片，再将薄片打碎为粉末，再重复压制并打碎，多次重复，直至压制的薄片表面特征一致后，再次打碎后并充分研磨，得所述高固含量光敏陶瓷原料。具体的，步骤2)中粉料粒径的指定范围为0.1-10μm。另外，本专利技术还提供了一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料，其通过上述的方法制备得到。此外，本专利技术还提供了一种基于光固化成型的3D打印高固含量陶瓷件的制备方法，其包括如下步骤：1)在3D打印设备上将上述的高固含量光敏陶瓷原料进行逐层铺料及逐层特定区域的激光镭射固化成型；2)对步骤1)得到的半成品进行初步烧结，烧结温度为175-250℃；3)在水中或酒精溶液中对步骤2)初步烧结完成且冷至室温的半成品进行浸泡或超声震荡，使激光镭射固化成型的特定区域以外的高固含量光敏陶瓷原料松散脱落，剩下部分即为初步烧结成型的陶瓷件粗坯；4)将步骤3)所述的陶瓷件粗坯进行高温烧结，烧结最高温度区间为1100-1400℃，即得。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以有如下进一步的具体选择。具体的，步骤1)中逐层铺料以将所述高固含量光敏陶瓷原料直接逐层横刮并压实的形式进行或者以将所述高固含量光敏陶瓷原料一次性压制出多个薄片再以薄片逐层叠加的形式进行。本专利技术还提供了一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量陶瓷件，其通过上述的方法制备得到。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用固体材料进行3D打印，制造的陶瓷半成品的固含量可高达95％。固含量的提升，减少了因烧结脱脂而缩小的比例，如固含量95％陶瓷烧结，最终烧结脱脂缩小的比例只为5％，从而可以大大提高了制造精度。同时，固含量越低的半成品，烧结过程中越容易变性，因此该高固含量方案可以降低烧结过程产生的形变，提高了制造成功率。附图说明图1为本专利技术提供的基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量陶瓷件制备时直接逐层横刮铺料的示意图(粉末材料代表光敏陶瓷原料)；图2为图1中横刮铺料完成后压实时的示意图；图3为图1中横横刮铺料完成并随后压制成薄片时示意图；图4为图3中压制薄片完成后直接完成该层特定区域镭射成型时的示意图；图5为当陶瓷件为T形工件时镭射成型的特定区域的形状；图6为图3中压制薄片完成后多次重复压制出多个薄片，随后以薄片逐层叠加完成逐渐铺料时的示意图(每铺一层完成一次激光镭射)；图7为陶瓷件制备时逐层镭射成型完后或初步烧结完成后的示意图；图8为陶瓷件制备时水或酒精溶液浸泡或超声震荡使特定区域以外的光敏陶瓷原料脱落后的陶瓷件粗坯的示意图。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。以下实施例中用到的原料若无特别说明则均为市售常规原料，以下实施例中用到的方法若无特别说明则为本领域的常规方法。实施例1一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)按配方比例取各原料并初步混合得初混料，所述初混料中包括陶瓷粉末和光敏树脂，所述初混料的陶瓷粉末含量为95wt％，所述初混料中陶瓷粉末和光敏树脂的含量分别为95wt％和5wt％；2)将初混料放入球磨罐，加入无水乙醇，没过原料，进行球磨混料，混料充分后，倒出材料进行烘干，放置于不超过50℃的烘干箱进行烘干，直到无水乙醇完全挥发，再进行研磨得到粉末(粒径不超过10μm)，即为所述高固含量光敏陶瓷原料。实施例2一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)按配方比例取各原料并初步混合得初混料，所述初混料的陶瓷粉末含量为90wt％，所述初混料中陶瓷粉末和光敏树脂的含量分别为90wt％和10wt％；2)将初混料放置于平板压模设备上压制成薄片，再将薄片打碎为粉末，再重复压制并打碎，多次重复，直至压制的薄片表面特征一致后，再次打碎后并充分研磨(粒径不超过5μm)，得所述高固含量光敏陶瓷原料。实施例3一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：...

【技术保护点】
1.一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)按配方比例取各原料并初步混合得初混料，所述初混料中包括陶瓷粉末和光敏树脂，所述初混料中陶瓷粉末的含量最高可达到95wt％；/n2)将所述初混料采用球磨方式或反复压制破碎方式获得混合均匀且粒径在指定范围的粉料，即为所述高固含量光敏陶瓷原料。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按配方比例取各原料并初步混合得初混料，所述初混料中包括陶瓷粉末和光敏树脂，所述初混料中陶瓷粉末的含量最高可达到95wt％；
2)将所述初混料采用球磨方式或反复压制破碎方式获得混合均匀且粒径在指定范围的粉料，即为所述高固含量光敏陶瓷原料。


2.根据权利要求1所述的一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述初混料中陶瓷粉末和光敏树脂的含量分别为60-95wt％和5-40wt％。


3.根据权利要求2所述的一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料的制备方法，其特征在于，步骤1)中的初混料中还包括1-10wt％的其他助剂，所述其他助剂为稀释剂和分散剂中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料的制备方法，其特征在于，步骤2)中的球磨方式为：将初混料放入球磨罐，加入无水乙醇，没过原料，进行球磨混料，混料充分后，倒出材料进行烘干，放置于不超过50℃的烘干箱进行烘干，直到无水乙醇完全挥发，再进行研磨得到粉末，即为所述高固含量光敏陶瓷原料。


5.根据权利要求1所述的一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料的制备方法，其特征在于，步骤2)中的反复压制破碎方式为：将初混料放置于平板压模设备上压制成薄片，再将薄片打碎为粉末，再重复压制并打碎，多次重复，直至压制的薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐斌，汪炯鹏，于建普，
申请(专利权)人：深圳德智达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44