一种用于粘结剂喷射3D打印的粘结剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种粘结剂，以100份质量份的粘结剂为计，包括下述质量份的组分，聚乙二醇15～50份，乙烯丙烯酸5～15份，二甘醇或己二醇0～10份，乙醇补足100份。本发明专利技术的粘结剂通用性强，用于大多数金属及部分陶瓷粉末床粘结剂喷射增材制造技术打印，其脱脂温度低、且无残留，能适用从低熔点金属到高烧结温度的陶瓷。能适用从低熔点金属到高烧结温度的陶瓷。

【技术实现步骤摘要】
一种用于粘结剂喷射3D打印的粘结剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及增材制造领域，特别涉及一种用于粘结剂喷射3D打印的粘结剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]粘结剂喷射(Binder Jetting，BJ)3D打印技术是一种基于粉末床(Powder Bed，PB)，根据计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)模型选择性喷射粘结剂，粘结粉末成形的增材制造技术。与传统的成形技术相比，其作为以一种增材制造技术满足复杂结构零件的设计、优化和制造；与其他粉末床增材制造技术相比，其具有更高的生产效率和更低的成本。粘结剂在该技术中起着至关重要的作用，对打印和后续烧结的工艺参数、甚至零件最终性能有着重要的影响。寻找一种满足高效粘结剂喷射打印，固化后生坯具有完整结构、足够强度和良好表面质量，脱脂速度快、温度低且无残留，对烧结后零件性能无影响的粘结剂，是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]为解决以上技术问题，本专利技术提供一种适用于金属、陶瓷粉末的粘结剂喷射打印用的粘结剂及其制备方法和应用。
[0004]本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种粘结剂，以100份质量份的粘结剂为计，包括下述质量份的组分，主粘结剂15～50份，增强剂5～15份，溶剂补足100份，所述主粘结剂为聚乙二醇，所述增强剂为乙烯丙烯酸。
[0006]上述配方中主粘结剂主要起粘结粉末成形的作用，增强剂起到提高韧性和刚性的作用。溶剂起到溶解主粘结剂、增强剂、表面活性剂的作用，通过溶剂的配合可以调整粘结剂的表面张力和粘度。
[0007]优选地，所述粘结剂还包括表面活性剂0～5份，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinyl Pyrrolidone，PVP)或乙二醇丁醚表面活性剂起到改善改善润湿效果及调节粘度的作用，根据打印层厚可适当调节表面活性剂用量，层厚越大用量越大，保证渗透和润湿效果。
[0008]优选地，所述溶剂为乙醇、乙醇与二甘醇或乙醇与己二醇的组合物。选择乙醇、二甘醇、己二醇做溶剂易挥发、渗透性强。
[0009]优选地，所述二甘醇或所述己二醇的用量为0～10份，所述乙醇补足100份。
[0010]优选地，所述粘结剂在温度40
±
3℃内的粘度为12
±
5cps，所述粘结剂的表面张力为40
±
15mN/m。在该粘度范围、表面张力范围内粘结剂能够较好的满足喷头喷射打印的参数要求。
[0011]优选地，所述聚乙二醇的平均分子量为200～8500g/mol，更优选地所述聚乙二醇的平均分子量为4000～8000g/mol，分子量过大，会增加粘度调节难度和脱脂效率；所述乙
烯丙烯酸的AA(丙烯酸，Acrylic Acid)含量8～30％，MI(熔融指数，Melting Index)10～1000，这个范围内同时具有较好的强度和韧性；所述聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量/数均分子量为44000～54000g/mol，粘度适合且不影响后续脱效率。优选地，一种粘结剂，以100份质量份的粘结剂为计，包括下述质量份的组分，聚乙二醇20～40份，乙烯丙烯酸8～12份，聚乙烯吡咯烷酮2～5份，二甘醇或己二醇0～8份，乙醇补足100份。在该配方下的粘结剂性能较佳。
[0012]本专利技术还提供一种粘结剂的制备方法，包括以下步骤：
[0013]按前述称取主粘结剂、增强剂、表面活性剂、溶剂；溶剂为乙醇、乙醇与二甘醇或乙醇与己二醇的组合物；
[0014]将增强剂加入乙醇中，用磁力搅拌器进行25
‑
35℃加热搅拌60
‑
200分钟溶解；
[0015]加入主粘结剂，用磁力搅拌器进行25
‑
35℃加热搅拌30
‑
90分钟溶解；
[0016]加入表面活性剂，用磁力搅拌器进行充分搅拌，并静置至消除溶液中的气泡。
[0017]进一步，在加入表面活性剂，用磁力搅拌器进行充分搅拌之后，静置至消除溶液中的气泡之前，还包括加入二甘醇或己二醇，用磁力搅拌器进行充分搅拌。
[0018]本专利技术还提供所述粘结剂在粘结剂喷射3D打印工艺中金属粉末或陶瓷粉末成型的应用。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0020]1、本专利技术的粘结剂以聚乙二醇为主要粘结剂，辅以乙烯丙烯酸增强增韧、聚乙烯吡咯烷酮促进浸润和渗透，来满足零件生坯要求，基本能打印机构完整、强度足够、精度良好的零件生坯；
[0021]2、本专利技术的粘结剂绿色经济，原料易获得、价格便宜，对环境危害小，脱脂后主要产物为小分子气体，不会在零件中残留，不影响零件烧结后最终成分和性能。
[0022]3、本专利技术的粘结剂通用性强，用于大多数金属及部分陶瓷粉末床粘结剂喷射增材制造技术打印，其脱脂温度低、且无残留，能适用从低熔点金属到高烧结温度的陶瓷。
[0023]4、本专利技术的粘结剂灵活调配性，适应各种材料、结构和受力情况，能根据实际打印情况(根据制造零件材料、结构和尺寸等)进行粘结剂组分调整，以满足零件生坯要求。
附图说明
[0024]图1是实施例3的生坯图；
[0025]图2是图1所示的生坯经脱脂、烧结后的图。
[0026]图3是实施例4的生坯图；
[0027]图4是实施例6的生坯图。具体实施方式
[0028]为了便于理解本专利技术技术方案，以下结合附图与具体实施例进行详细说明。
[0029]实施例1
[0030]粘结剂制备：称取15份聚乙二醇(平均分子量2000g/mol)，5份乙烯丙烯酸(AA：12，MI：20)，2份聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量48000g/mol)，70份乙醇和8份1,2
‑
己二醇，先将乙烯丙烯酸加入乙醇中，用磁力搅拌器进行30℃加热搅拌120分钟，得到溶液S1；将聚乙二醇加入溶液S1中，用磁力搅拌器进行30℃加热搅拌60分钟，得到溶液S2；将聚乙烯吡咯烷酮加入溶液S2中，用磁力搅拌器进行充分搅拌30分钟，得到溶液S3；将己二醇加入到溶液S3中，
用磁力搅拌器进行充分搅拌30分钟，并静置2h消除溶液中的气泡，最终得到所配制的粘结剂。测得该粘结剂在40℃温度下粘度为10cps，表面张力40mN/m，符合打印喷头技术参数要求。
[0031]将上述粘结剂用于粘结剂喷射打印中，具体步骤如下：
[0032]1、清洗墨盒和墨路，将粘结剂加入墨盒，将粘结剂泵满墨路，排出空气，调节负压至
‑
1.5kPa，进行喷射测试，喷射正常后方可进行打印；
[0033]2、待喷射测试正常，设定粘结剂饱和度90％、打印层厚0.08mm、固化时间25s参数；
[0034]3、上述准备就绪后，依次进行铺粉(这里的粉是指不锈钢316L粉末，粒径15
‑
53μm，粒径均呈正态分布)、喷射粘结剂及固化等步骤，循环直至打印完成；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粘结剂，其特征在于：以100份质量份的粘结剂为计，包括下述质量份的组分，主粘结剂15～50份，增强剂5～15份，溶剂补足100份，所述主粘结剂为聚乙二醇，所述增强剂为乙烯丙烯酸。2.如权利要求1所述的粘结剂，其特征在于：所述粘结剂还包括表面活性剂0～5份，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮或乙二醇丁醚。3.如权利要求2所述的粘结剂，其特征在于：所述溶剂为乙醇、乙醇与二甘醇或乙醇与1,2
‑
己二醇的组合物。4.如权利要求3所述的粘结剂，其特征在于：所述二甘醇或所述1,2
‑
己二醇的用量为0～10份，所述乙醇补足100份。5.如权利要求1所述的粘结剂，其特征在于：所述粘结剂在温度40
±
3℃内的粘度为12
±
5cps，所述粘结剂的表面张力为40
±
15mN/m。6.如权利要求1所述的粘结剂，其特征在于：所述聚乙二醇的平均分子量为200～8500g/mol；所述乙烯丙烯酸的丙烯酸含量为8～30％，熔融指数10～1000；所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为44000～54000g/m...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪进进，李皓峰，
申请(专利权)人：浙江闪铸三维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：