本發(fā)明涉及一種3D打印的材料及其制備方法，尤其是一種用于激光燒結(jié)陶瓷3D打印的陶瓷微粒及制備方法，屬于陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
3D打印技術(shù)是目前一種新興快速成型技術(shù)，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)， 運(yùn)用粉末狀材料、絲狀、膏體狀等材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，材料成為限制3D打印技術(shù)未來走向的關(guān)鍵因素之一，在某種程度上，材料的發(fā)展決定著3D打印能否有更廣泛的應(yīng)用。目前3D打印材料主要包括高分子材料、金屬材料、無機(jī)非金屬材料和食品材料等。
陶瓷3D打印工藝采用的原材料為陶瓷粉末或陶瓷漿料，3D打印用的陶瓷粉末是陶瓷粉末和某一種粘結(jié)劑粉末所組成的混合物。由于粘結(jié)劑粉末的熔點(diǎn)較低，激光燒結(jié)時(shí)只是將粘結(jié)劑粉末熔化而使陶瓷粉末粘結(jié)在一起。在激光燒結(jié)之后，需要將陶瓷制品放入到溫控爐中，在較高的溫度下進(jìn)行后處理。陶瓷粉末和粘結(jié)劑粉末的配比會(huì)影響到陶瓷零部件的性能。粘結(jié)劑分量越多，燒結(jié)比較容易，但在后處理過程中零件收縮比較大，會(huì)影響零件的尺寸精度，粘結(jié)劑分量少，則不易燒結(jié)成型。顆粒的表面形貌及原始尺寸對(duì)陶瓷材料燒結(jié)性能非常重要，陶瓷顆粒越小，表面越接近球形，陶瓷層的燒結(jié)質(zhì)量越好。陶瓷粉末在激光直接快速燒結(jié)時(shí)，液相表面張力大，在快速凝固過程中會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，從而形成較多的微裂紋。因此，有必要對(duì)陶瓷材料進(jìn)行改進(jìn)以滿足打印的需要。
通過對(duì)國內(nèi)專利進(jìn)行檢索，發(fā)現(xiàn)有相關(guān)專利，舉例如下：
1.專利申請?zhí)朇N201410100454.6，名稱為“3D打印陶瓷零件所用材料及工藝”的發(fā)明專利公開了一種3D打印陶瓷零件所用材料包括低溫粘結(jié)劑、中溫粘結(jié)劑和陶瓷粉，其中低溫粘結(jié)劑、中溫粘結(jié)劑和陶瓷粉被預(yù)制成顆粒。由于經(jīng)過3D打印生成的粗坯在燒結(jié)過程中，需要將低溫粘結(jié)劑蒸發(fā)掉，而相對(duì)于使用未被顆?；拇蛴〔牧系默F(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過顆粒構(gòu)成疏松結(jié)構(gòu)，為低溫粘結(jié)劑提供溢出的蒸發(fā)縫隙。特別是當(dāng)使用粒度不同的顆粒時(shí)，大小顆粒形成支撐結(jié)構(gòu)，更利于低溫粘結(jié)劑的溢出，使一次燒結(jié)件中殘留的低溫粘結(jié)劑更少。而在高溫?zé)Y(jié)時(shí)，固相反應(yīng)使得陶瓷粉融合而彌補(bǔ)了蒸發(fā)縫隙的空間，雖然最終得到的陶瓷零件的體積會(huì)比粗坯稍有縮減，但這使得陶瓷零件的結(jié)構(gòu)更加致密緊湊，硬度更高。
2.專利申請?zhí)朇N201510614565.3，名稱為“一種3D打印陶瓷工藝”的發(fā)明專利公開了一種3D打印陶瓷工藝，包括以下步驟：制粒：將低溫粘結(jié)劑和中溫粘結(jié)劑分別預(yù)制成顆粒，低溫粘結(jié)劑粒徑為0.1-2mm，中溫粘結(jié)劑粒徑為0.1-2mm；混合：將制粒的低溫粘結(jié)劑和中溫粘結(jié)劑與粉末狀的陶瓷粉混合均勻，作為噴料；打印：在通入保護(hù)氣體的情況下，采用陶瓷3D打印機(jī)逐層噴出噴料，并利用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)得到粗坯；中溫?zé)Y(jié)：將粗坯放入燒結(jié)爐中，調(diào)溫至400-700℃進(jìn)行中溫?zé)Y(jié)；高溫?zé)Y(jié)：中溫?zé)Y(jié)后將燒結(jié)爐溫度升高至1500-1700℃進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，最后得到產(chǎn)品。采用本發(fā)明，可更易蒸發(fā)粘結(jié)劑，使陶瓷粉粘結(jié)度提高，從而提高產(chǎn)品的硬度和強(qiáng)度。
以上專利雖然都涉及到3D打印陶瓷材料的制備，但都無法解決由于材料性能不穩(wěn)定而導(dǎo)致產(chǎn)品燒結(jié)后效果不理想的問題，因此需要改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提出了一種性能穩(wěn)定的用于激光燒結(jié)陶瓷3D打印的陶瓷微粒及制備方法，以使產(chǎn)品在燒結(jié)時(shí)更均勻。
本發(fā)明為解決上述問題所采用的技術(shù)手段為：一種用于激光燒結(jié)陶瓷3D打印的陶瓷微粒，包括陶瓷粉末原料、粘接劑、脫泡劑和溶劑。
進(jìn)一步地，陶瓷粉末原料與粘接劑二者的質(zhì)量配比為7-9:3-1，脫泡劑加入的質(zhì)量含量為2-3.5‰（總質(zhì)量）。
進(jìn)一步地，溶質(zhì)與溶劑的質(zhì)量比為1:2-6。
進(jìn)一步地，使用的溶劑為水。
進(jìn)一步地，陶瓷粉末原料包括但不限于納米級(jí)氧化鋁、納米級(jí)氧化鋯中的一種或一種以上。
進(jìn)一步地，粘接劑為樹脂類粘接劑，包括但不限于水溶性聚乙烯醇、水溶性環(huán)氧樹脂中的一種或一種以上。
進(jìn)一步地，脫泡劑為陶瓷消泡劑。
一種用于激光燒結(jié)陶瓷3D打印的陶瓷微粒的制備方法，將粘接劑配制成膠水，按比例加入納米級(jí)陶瓷粉末原料、脫泡劑于溶劑進(jìn)行充分混合，混合后的物料加入噴霧造粒機(jī)進(jìn)行噴霧造粒加工成陶瓷微粒。
進(jìn)一步地，將粘接劑配制成膠水即將樹脂與溶劑混合，進(jìn)行加熱，至樹脂完全溶解于溶劑。
進(jìn)一步地，膠水中水溶性樹脂的質(zhì)量含量為8-11%。
進(jìn)一步地，使用的溶劑為水。
進(jìn)一步地，混合后的物料加入噴霧造粒機(jī)進(jìn)行噴霧造粒加工成陶瓷微粒即混合物料加入噴霧造粒機(jī)，在機(jī)器內(nèi)噴成霧狀，加熱干燥，形成微米級(jí)的陶瓷微粒。
進(jìn)一步地，加工后的陶瓷微粒直徑為45-50um。
本發(fā)明的有益效果是：
1.本發(fā)明采用噴霧造粒的方式控制陶瓷微粒的大小，以適應(yīng)選擇性激光打印機(jī)對(duì)材料的要求。
2.本發(fā)明制備的材料在打印過程中性能穩(wěn)定、燒結(jié)時(shí)更均勻。
3.本發(fā)明制備的材料使用效果好、強(qiáng)度高、易于推廣。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
一種用于激光燒結(jié)陶瓷3D打印的陶瓷微粒，包括陶瓷粉末原料、粘接劑、脫泡劑和溶質(zhì)。
進(jìn)一步地，陶瓷粉末原料、粘接劑：溶質(zhì)的質(zhì)量配比為7：3：60，脫泡劑加入的質(zhì)量含量為3‰（總質(zhì)量）。
進(jìn)一步地，使用的溶劑為水。
進(jìn)一步地，陶瓷粉末原料為納米級(jí)氧化鋁。
進(jìn)一步地，粘接劑為水溶性聚乙烯醇。
進(jìn)一步地，脫泡劑為陶瓷消泡劑。
本實(shí)施例還包括一種用于激光燒結(jié)陶瓷3D打印的陶瓷微粒的制備方法，將粘接劑配制成膠水，按比例加入納米級(jí)陶瓷粉末原料、脫泡劑于水中進(jìn)行充分混合，混合后的物料加入噴霧造粒機(jī)進(jìn)行噴霧造粒加工成陶瓷微粒。
進(jìn)一步地，將粘接劑即完全溶解，配制成膠水即將10kg水溶性聚乙烯醇與90kg水混合，進(jìn)行加熱至95oC，至水溶性聚乙烯醇完全溶解于水。
進(jìn)一步地，混合后的物料加入噴霧造粒機(jī)進(jìn)行噴霧造粒加工成陶瓷微粒即混合物料加入噴霧造粒機(jī)，在機(jī)器內(nèi)噴成霧狀，加熱干燥，形成微米級(jí)的陶瓷微粒。
進(jìn)一步地，加工后的陶瓷微粒直徑為50um。
實(shí)施例二
本實(shí)施例的基本原理與實(shí)施例一一樣，只是所采用的配方和配比有所不同，一種用于激光燒結(jié)陶瓷3D打印的陶瓷微粒，包括陶瓷粉末原料、粘接劑、脫泡劑和溶劑。
進(jìn)一步地，陶瓷粉末原料、粘接劑：溶質(zhì)的質(zhì)量配比為9：1：25，脫泡劑加入的質(zhì)量含量為2‰（總質(zhì)量）。
進(jìn)一步地，使用的溶劑為水。
進(jìn)一步地，陶瓷粉末原料為納米級(jí)氧化鋯。
進(jìn)一步地，粘接劑為水溶性環(huán)氧樹脂。
進(jìn)一步地，脫泡劑為陶瓷消泡劑。
本實(shí)施例還包括一種用于激光燒結(jié)陶瓷3D打印的陶瓷微粒的制備方法，將粘接劑配制成膠水，按比例加入納米級(jí)陶瓷粉末原料、脫泡劑于水中進(jìn)行充分混合，混合后的物料加入噴霧造粒機(jī)進(jìn)行噴霧造粒加工成陶瓷微粒。
進(jìn)一步地，將粘接劑配制成膠水即將水溶性環(huán)氧樹脂與水混合，進(jìn)行加熱，至水溶性環(huán)氧樹脂完全溶解于水。
進(jìn)一步地，膠水中水溶性環(huán)氧樹脂的質(zhì)量含量為8%。
進(jìn)一步地，混合后的物料加入噴霧造粒機(jī)進(jìn)行噴霧造粒加工成陶瓷微粒即混合物料加入噴霧造粒機(jī)，在機(jī)器內(nèi)噴成霧狀，加熱干燥，形成微米級(jí)的陶瓷微粒。
進(jìn)一步地，加工后的陶瓷微粒直徑為45um。
實(shí)施例三
本實(shí)施例的基本原理與實(shí)施例一一樣，只是所采用的配方和配比有所不同，一種用于激光燒結(jié)陶瓷3D打印的陶瓷微粒，包括陶瓷粉末原料、粘接劑、脫泡劑。
進(jìn)一步地，陶瓷粉末原料、粘接劑：溶質(zhì)的質(zhì)量配比為4：1：20，脫泡劑加入的質(zhì)量含量為3.5‰（總質(zhì)量）。
進(jìn)一步地，陶瓷粉末原料為質(zhì)量比為1:1的納米級(jí)氧化鋁和納米級(jí)氧化鋯。
進(jìn)一步地，粘接劑為質(zhì)量比為1:1的水溶性聚乙烯醇和水溶性環(huán)氧樹脂。
進(jìn)一步地，脫泡劑為陶瓷消泡劑。
本實(shí)施例還包括一種用于激光燒結(jié)陶瓷3D打印的陶瓷微粒的制備方法，將粘接劑配制成膠水，按比例加入納米級(jí)陶瓷粉末原料、脫泡劑于水中進(jìn)行充分混合，混合后的物料加入噴霧造粒機(jī)進(jìn)行噴霧造粒加工成陶瓷微粒。
進(jìn)一步地，將粘接劑配制成膠水即將熱熔性樹脂與水混合，進(jìn)行加熱，至熱熔性樹脂完全溶解于水。
進(jìn)一步地，膠水中水溶性樹脂的質(zhì)量含量為11%。
進(jìn)一步地，混合后的物料加入噴霧造粒機(jī)進(jìn)行噴霧造粒加工成陶瓷微粒即混合物料加入噴霧造粒機(jī)，在機(jī)器內(nèi)噴成霧狀，加熱干燥，形成微米級(jí)的陶瓷微粒。
進(jìn)一步地，加工后的陶瓷微粒直徑為55um。
由此可見，本發(fā)明具有以下有益效果：
1.本發(fā)明采用噴霧造粒的方式控制陶瓷微粒的大小，以適應(yīng)選擇性激光打印機(jī)對(duì)材料的要求。
2.本發(fā)明制備的材料在打印過程中性能穩(wěn)定、燒結(jié)時(shí)更均勻。
3.本發(fā)明制備的材料使用效果好、強(qiáng)度高、易于推廣。