一种制造技术

本发明专利技术提供一种

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印树脂结合剂金刚石工具的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种
3D
打印树脂结合剂金刚石工具的制备方法，属于磨具材料

。

技术介绍

[0002]金刚石制品是指以金刚石为切磨材料，借助于结合剂或其他辅助材料制成的具有一定形状
、
性能和用途的制成品
。
金刚石制品包括工具类
(
磨具
、
锯切工具
、
钻探工具
、
刀具
、
拉丝模等
)
和器件类
(
特殊用途的仪器元件和机器构件
)
两大类
。
金刚石本身具有硬度高
、
强度高
、
加工精度高等优点，但金刚石材料在切削过程中极易发生石墨化现象，使得机械强度大幅降低
。
在防止金刚石碳化的前提下，增强金刚石磨料与结合剂之间的界面结合强度，从而使金刚石的优异性能得到最大程度的发挥，一直是人们关注的焦点
。
按照结合剂的不同，金刚石工具可分为：金属结合剂金刚石工具
、
电镀结合剂金刚石工具
、
树脂结合剂金刚石工具
、
陶瓷结合剂金刚石工具等
。
[0003]金属结合剂粘结强度高，耐磨性好，但自锐性差
、
磨削效率低，一旦使用不当便会造成发热和堵塞；陶瓷结合剂耐热耐腐蚀
、
不易发热和堵塞，但应用范围小，加工质量差；电镀金属结合剂结合力很强
、
加工表面质量好
、
适应性强，但制备的磨具寿命短；树脂结合剂金刚石磨具具有弹性好
、
耐冲击
、
自锐性好
、
磨削效率高
、
使用寿命长等特点，此外相对于纯金刚石工具，树脂结合剂金刚石工具更好加工，常被应用于机械加工行业
。
而其中价格低廉
、
综合性能优越
、
生产工艺简单的酚醛树脂
、
聚酰亚胺树脂
、
环氧树脂等也被作为普遍应用的树脂磨具结合剂
。
[0004]金刚石工具一旦制作完成是很难再加工的，因此需要按照加工工件的形状设计和制造金刚石工具
。
随着工业的发展，金刚石工具的形状也变得更加复杂，使得传统技术中使用模具制造金刚石工具的加工周期长，加工成本高
。3D
打印技术的出现为制作复杂形状零件提供了一条便捷的途径
。
[0005]目前出现的金刚石工具的
3D
打印制备方式包括选区激光烧结
(SLS)、
激光选区熔融技术
(SLM)
和光固化成型技术
(SLA)。
研究表明，使用
SLS
和
SLM
制备的树脂结合剂金刚石工具可以对常见的硬脆材料进行有效的磨削加工，且成型速度快
、
强度高，但由于高强度激光的高速照射，会在瞬间产生超高的温度，这增加了金刚石的热损伤和石墨化的几率，降低了金刚石的强度和硬度，使工具性能下降
。SLA
技术通常被应用在光敏树脂基金刚石刀具的成型中，该技术具有较好的表面成型质量和较高的打印精度，但金刚石粉体较好的稳定性和较高的化学惰性会导致其与树脂等高分子的相容性受到一定的制约，从而影响其在光固化成型过程中的稳定性
。
经过改性后金刚石粉可以与光敏树脂结合良好，但主要问题是光敏树脂不耐磨不耐热，作为金刚石工具的树脂结合剂，使金刚石工具整体性能和使用寿命都受到限制
。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种以浆料直写成形技术为基础的
3D
打印新方法
——3D
凝胶打印
。
其原理是将粉体与具有凝胶反应的有机体系混合成料浆，有机体系交联并将粉末结合在其中从而形成三维网络结构，该过程实现粉体料浆从液态向固态的转变
。
将高固含量和低粘度的料浆从特定尺寸的喷头内挤出，快速凝固成型，层层铺展成型成毛坯，经脱脂和烧结后，获得具有一定强度的零件
。
相对于其他技术，
3D
凝胶打印适用的材料范围很广，包括金属
、
陶瓷及其复合材料；打印设备的成本更低，因为不需要高能光束
、
撒粉装置；打印零件的成本更低，因为不需要保护性的气氛和加热；使用浆料，打印效率高，打印能力强，凝固速度快
。
[0007]基于以上原理，本专利技术提供了一种
3D
打印树脂结合剂金刚石工具的制备方法，本专利技术方法包括以下工序：金刚石微粉的分散
、
树脂的预固化
、
打印料浆的制备
、3D
打印成形和固化
。
本专利技术的具体制备方法包括如下步骤：
[0008](1)
金刚石微粉的分散：将金刚石微粉加入水中，并加入分散剂进行超声分散，然后过滤干燥；
[0009](2)
树脂的预固化：在液体树脂中加入固化剂，搅拌均匀后得到树脂液；
[0010](3)
打印料浆的制备：将步骤
(2)
处理得到的树脂液与无水乙醇混合，加入固化剂搅拌均匀得到混合溶液，将步骤
(1)
处理得到的金刚石微粉与上述混合溶液混合，搅拌均匀制得打印料浆，将打印料浆装入
3D
打印机的料筒中，静置进行预凝胶；
[0011](4)3D
打印成形：设置打印参数后，使用切片软件将设计形状切片并将切片文件导入打印机中，然后通过气压作用将步骤
(3)
得到的打印料浆从料筒喷嘴挤出并形成均匀且连续的打印丝，逐层打印出设计形状获得打印坯体；
[0012](5)
固化：将步骤
(4)
的打印坯体在空气中依次进行干燥和加热固化，得到所述树脂结合剂金刚石工具
。
[0013]进一步，步骤
(1)
所述金刚石微粉与水的质量比为
1:20
‑
40
，所述分散剂加入量为所述金刚石微粉质量的
0.5
～
2wt.
％，超声分散时间为
40
‑
60min。
[0014]进一步，步骤
(1)
所述的金刚石微粉的粒度为
1000
目或比
1000
目更细
。
[0015]进一步，步骤
(1)
所述的分散剂为硅烷偶联剂
KH550、KH450、
聚丙烯酰胺
、
柠檬酸铵
、
六偏磷酸钠及聚乙烯吡咯烷酮中的一种
。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
3D
打印树脂结合剂金刚石工具的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
金刚石微粉的分散：将金刚石微粉加入水中，并加入分散剂进行超声分散，然后过滤干燥；
(2)
树脂的预固化：在液体树脂中加入固化剂，搅拌均匀后得到树脂液；
(3)
打印料浆的制备：将步骤
(2)
处理得到的树脂液与无水乙醇混合，加入固化剂搅拌均匀得到混合溶液，将步骤
(1)
处理得到的金刚石微粉与上述混合溶液混合，搅拌均匀制得打印料浆，将打印料浆装入
3D
打印机的料筒中，静置进行预凝胶；
(4)3D
打印成形：设置打印参数后，使用切片软件将设计形状切片并将切片文件导入打印机中，然后通过气压作用将步骤
(3)
得到的打印料浆从料筒喷嘴挤出并形成均匀且连续的打印丝，逐层打印出设计形状获得打印坯体；
(5)
固化：将步骤
(4)
的打印坯体在空气中依次进行干燥和加热固化，得到所述树脂结合剂金刚石工具
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
(1)
所述金刚石微粉与水的质量比为
1:20
‑
40
，所述分散剂加入量为所述金刚石微粉质量的
0.5
～
2wt.
％，超声分散时间为
40
‑
60min。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
(1)
所述的金刚石微粉的粒度为
1000
目或比
1000
目更细
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
(1)
所述的分散剂为硅烷偶联剂
KH550、KH450、
聚丙烯酰胺
、
柠檬酸铵
、
六偏磷酸钠及聚乙烯吡咯烷酮中的一种
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵慧萍，赵珂丹，林涛，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：