一種三d打印快速成型無機粉末材料的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種三D打印快速成型無機粉末材料的制備方法，其特征在于該方法包括：在研磨機中，按質量百分濃度加入乙烯基三乙氧基硅烷：8%~22%，加入無機粉末材料：78%~92%，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨4~6h，得到預處理無機粉末材料；然后在研磨機中，按質量百分濃度加入預處理無機粉末材料：85%~96%，加入EVA熱熔膠粉：4%~15%，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨4~6h，所得到三D打印快速成型無機粉末材料。具有制備工藝簡單，條件易于控制，生產成本低，易于工業化生產。該材料不需要噴灑粘結劑在加熱140~180℃，壓力在2MPa~6MPa的范圍內可直接成型，成型操作簡單。
【專利說明】一種三D打印快速成型無機粉末材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種三D打印無機粉末快速成型材料的制備方法，屬于快速成型的材料領域，特別涉及一種用于三D打印快速成型無機粉末材料的制備工藝。
【背景技術】
[0002]三維打印(Three Dimons1n Printing,簡稱三DP)是一種快速成型技術，可將計算機設計的三維模型數據分為層片模型數據，將特定原材料一層一層堆積成型直至完成整個實體的構建。三DP成型具有成本低、工作過程無污染、成型速度快等優點。
[0003]快速成形技術又稱快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing,簡稱RPM)技術，誕生于20世紀80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術，被認為是近年來制造領域的一個重大成果。它集機械工程、CAD、逆向工程技術、分層制造技術、數控技術、材料科學、激光技術于一身，可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉變為具有一定功能的原型或直接制造零件，從而為零件原型制作、新設計思想的校驗等方面提供了一種高效低成本的實現手段。即，快速成形技術就是利用三維CAD的數據，通過快速成型機，將一層層的材料堆積成實體原型。
[0004]三D打印技術有三DP技術、FDM熔融層積成型技術、SLA立體平版印刷技術、SLS選區激光燒結、DLP激光成型技術和UV紫外線成型技術，技術不同所用材料則完全不同，與我們普通人和家庭所應用的最為普遍的是FDM三D打印技術，這種技術可以進入到家庭，操作簡單，所用材料普遍易得，這種技術打印出產品也接近我們的生活用品，所用的材料主要是環保高分子材料，如:PLA、PCL PHA PBS PA ABS PC PS POM PVC，因為這種技術是一般是在桌面上打印，熔融的高分子材料所產生的氣味或是分解產生有害物質直接與我們的人接觸，容易造成安全問題。工業零件等需要有一定強度功能的制件可以選擇相適應的材料。
[0005]在現有的成型材料領域中，由于SLS快速成型技術具有原料來源多樣和零件的構建時間較短等優點，故在快速成型領域有著較廣泛的應用。中國發明專利CN1379061A中公開了一種用于激光燒結成型制品的尼龍粉末材料，通過化學合成和工藝的改進，對尼龍粉末材料的表面進行處理，得到了燒結性能優良，成型制品強度高，韌性好的產品，簡化了激光燒結尼龍材料的制備工藝，降低了成本。但SLS工藝存在著諸多不足嚴重限制了 SLS的進一步應用和普及；從而也使基于SLS工藝成型材料使用受到限制。
[0006]三DP工藝與SLS工藝類似，均采用粉末材料選區成型，所不同的是三DP工藝的粉末材料不是通過激光的層層燒結連接起來的，而是在噴頭的作用下，用粘接劑(如硅膠)將零件的截面信息“印刷”在粉末材料上面。由于三DP是通過噴頭噴灑粘接劑成型，避免了使用激光等復雜昂貴的燒結設備的使用成本，利于快速成型技術的使用和推廣。中國發明專利CN102093646 B中公開了一種用于三維打印快速成型材料的制備方法，是將粉末材料進行一系列的改性得到改性粉末材料A，使用時改性粉末材料A與粘接劑B配用。
[0007]由于三DP快速成型材料粉末的粒徑較大，使薄壁零件不易成型，微小零件的成型精度不夠高，表面存在較明顯的粗糙感；此外，由于粘結劑不夠牢固，存在著成型件強度低等不足。此外，當前市場上所售的三DP工藝成型材料基本被國外公司所壟斷，售價高，嚴重制約三DP成型技術在我國的推廣和普及。
[0008]本發明通過對粉末材料進行表面分散改性，得到超細粉末材料可達到微米級甚至亞微米級，而且粒徑均一的粉末材料；從粉末改性的配方入手，得到的粉末無機材料在一定的溫度和壓力下可直接成型，不需要噴灑粘接劑，大大簡化才做程序。所得到產品不僅強度高，也使薄壁微小零件的成型在三DP快速成型機上的實現成為可能；此外，本專利提供的方法簡單，成本低。
【發明內容】
[0009]本發明的目是提供一種三D打印快速成型無機粉末材料的制備方法，快速成型粉末不需要噴灑粘結劑可加熱直接成型；
本發明的目的通過以下技術方案實現。
[0010]一種三D打印快速成型無機粉末材料的制備方法，特征在于該方法具有以下工藝步驟:
(O無機粉末材料預處理:在研磨機中，按質量百分濃度加入乙烯基三乙氧基硅烷:8%?22%,加入無機粉末材料:78°/Γ92%，各組分之和為百分之百，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨4飛h，得到預處理無機粉末材料；
(2)三D打印快速成型無機粉末材料的制備:在研磨機中，按質量百分濃度加入預處理無機粉末材料:85°/Γ96%，加入EVA熱熔膠粉:4%?15%,各組分之和為百分之百，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨4飛h，所得到三D打印快速成型無機粉末材料，三D打印快速成型無機粉末材料的粒徑在10(T200nm范圍內。
[0011]在步驟(I)中所述的無機粉末材料為陶土、三氧化二鋁、碳化硅、二氧化硅、玻璃粉，其粉末材料的粒徑在10(Tl50nm范圍內。
[0012]在步驟(I)中所述的無機粉末材料要在105?110°C范圍內干燥2?3 h。
[0013]在步驟(I)中所述的乙烯基三乙氧基硅烷與無機粉末材料的質量比在1:8?10范圍內最優。
[0014]在步驟(2)中所述的EVA熱熔膠粉的粒徑小于500nm。
[0015]在步驟(2)中所述的EVA熱熔膠粉與預處理無機粉末材料的質量比在1:1(Γ12.5范圍最優。
[0016]本發明所述的顆粒度測試方法是采用激光粒度儀測得的粒度當量直徑尺寸。
[0017]本發明的另一目的是提供一種用于三D打印快速成型粉末材料在三維打印機上成型的應用，特點為:取快速成型粉末材料置于三維打印快速成型機上，在鋪展均勻的快速成型粉末材料的水平平面X和Y方向上(X和Y方向分別代表水平面的橫向和縱向)，然后在平面豎直Z方向上下降一定高度。再對下一層進行快速成型粉末材料的鋪展，如此重復，全部加料完成后，溫度升到14(Tl80°C范圍內，壓力在2MPa飛MPa的范圍內可直接成型。
[0018]本發明與現有技術比較，具有如下優點及有益效果:
(I)本發明獲得三D打印快速成型粉末材料材料，在打印成型過程中不需要噴灑粘結齊U，在溫度升高到14(Tl80°C，壓力在2MPa飛MPa的范圍內可直接成型，成型操作簡單。
[0019](2)本發明獲得三D打印快速成型粉末材料，顆粒可達到亞微米級甚至納米級，具有中位徑粒小，粒度分布范圍窄的特點，性質穩定；由這種快速成型粉末材料可以制造薄壁模型或微小零部件，制造出產品具有表面光澤度高，強度好，精度高等特點。
[0020](3)本發明獲得三D打印快速成型粉末材料，具有制備工藝簡單，條件易于控制，生產成本低，易于工業化生產。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
(O無機粉末材料預處理:在研磨機中，分別加入乙烯基三乙氧基硅烷:15mL，加入無機粉末材料:85g，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨5 h，得到預處理無機粉末材料；
(2)三D打印快速成型無機粉末材料的制備:在研磨機中，分別加入預處理無機粉末材料:90g，加入EVA熱熔膠粉:10g，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨5 h，所得到三D打印快速成型無機粉末材料。
[0022]實施例2
(O無機粉末材料預處理:在研磨機中，分別加入乙烯基三乙氧基硅烷:10mL，加入無機粉末材料:90g，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨6 h，得到預處理無機粉末材料；
(2)三D打印快速成型無機粉末材料的制備:在研磨機中，分別加入預處理無機粉末材料:85g，加入EVA熱熔膠粉:15g，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨4h，所得到三D打印快速成型無機粉末材料。
[0023]實施例3
(O無機粉末材料預處理:在研磨機中，分別加入乙烯基三乙氧基硅烷:20mL，加入無機粉末材料:80g，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨4 h，得到預處理無機粉末材料；
(2)三D打印快速成型無機粉末材料的制備:在研磨機中，分別加入預處理無機粉末材料:95g，加入EVA熱熔膠粉:5g，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨6 h，所得到三D打印快速成型無機粉末材料。
[0024]實施例4
(O無機粉末材料預處理:在研磨機中，分別加入乙烯基三乙氧基硅烷:8mL，加入無機粉末材料:92g，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨6 h，得到預處理無機粉末材料；
(2)三D打印快速成型無機粉末材料的制備:在研磨機中，分別加入預處理無機粉末材料:87g，加入EVA熱熔膠粉:13g，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨5 h，所得到三D打印快速成型無機粉末材料。
[0025]實施例5
(O無機粉末材料預處理:在研磨機中，分別加入乙烯基三乙氧基硅烷:22mL，加入無機粉末材料:78g，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨4 h，得到預處理無機粉末材料； (2)三D打印快速成型無機粉末材料的制備:在研磨機中，分別加入預處理無機粉末材料:92g，加入EVA熱熔膠粉:7g，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨6 h，所得到三D打印快速成型無機粉末材料。
[0026]實施例6
(O無機粉末材料預處理:在研磨機中，分別加入乙烯基三乙氧基硅烷:10L，加入無機粉末材料:90kg，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨5 h，得到預處理無機粉末材料；
(2)三D打印快速成型無機粉末材料的制備:在研磨機中，分別加入預處理無機粉末材料:92kg，加入EVA熱熔膠粉:8kg，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨5 h，所得到三D打印快速成型無機粉末材料。
[0027]實施例7
(O無機粉末材料預處理:在研磨機中，分別加入乙烯基三乙氧基硅烷:18mL，加入無機粉末材料:82g，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨6 h，得到預處理無機粉末材料；
(2)三D打印快速成型無機粉末材料的制備:在研磨機中，分別加入預處理無機粉末材料:96g，加入EVA熱熔膠粉:4g，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨6 h，所得到三D打印快速成型無機粉末材料。
[0028]使用方法:取實施例中合成的快速成型無機粉末材料置于三維打印快速成型機上，在鋪展均勻的快速成型粉末材料的水平平面X和Y方向上(X和Y方向分別代表水平面的橫向和縱向)，然后在平面豎直Z方向上下降一定高度。再對下一層進行快速成型粉末材料的鋪展，如此重復，全部加料完成后，溫度升到11(T180°C范圍內，壓力在2MPa飛MPa的范圍內可直接成型。得到的產品有較高的抗壓性、光澤度好。
【權利要求】
1.一種三D打印快速成型無機粉末材料的制備方法，其特征在于該方法具有以下工藝步驟: (O無機粉末材料預處理:在研磨機中，按質量百分濃度加入乙烯基三乙氧基硅烷:8%?22%,加入無機粉末材料:78°/Γ92%，各組分之和為百分之百，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨4飛h，得到預處理無機粉末材料； (2)三D打印快速成型無機粉末材料的制備:在研磨機中，按質量百分濃度加入預處理無機粉末材料:85°/Γ96%，加入EVA熱熔膠粉:49Γ15%，各組分之和為百分之百，開啟研磨機轉速在200轉/分鐘，室溫研磨4飛h，所得到三D打印快速成型無機粉末材料。
2.根據權利要求1所述的一種三D打印快速成型無機粉末材料的制備方法，其特征在于:所述的三D打印快速成型無機粉末材料的粒徑在10(T200nm范圍內。
3.根據權利要求1所述的一種三D打印快速成型無機粉末材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的無機粉末材料為陶土、三氧化二鋁、碳化硅、二氧化硅、玻璃粉，其粉末材料的粒徑在10(Tl50nm范圍內。
4.根據權利要求1所述的一種三D打印快速成型無機粉末材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的無機粉末材料要在105?110°C范圍內干燥疒3 h。
5.根據權利要求1所述的一種三D打印快速成型無機粉末材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的乙稀基二乙氧基娃燒與無機粉末材料的質量比在1:8 10范圍內最優。
6.根據權利要求1所述的一種三D打印快速成型無機粉末材料的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的EVA熱熔膠粉的粒徑小于500nm。
7.根據權利要求1所述的一種三D打印快速成型無機粉末材料的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的EVA熱熔膠粉與預處理無機粉末材料的質量比在1:1(Γ12.5范圍最優。
8.根據權利要求1制備三D打印快速成型無機粉末材料在三維打印機上成型溫度在14(Tl80°C范圍內，壓力在2MPa?6MPa的范圍內。
【文檔編號】C04B33/13GK104310948SQ201410458299
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月10日 優先權日:2014年9月10日
【發明者】李慧芝, 許崇娟, 李志英 申請人:濟南大學