一種用于3d打印的納米陶瓷材料及其3d打印成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷材料的3D打印成型方法，具體涉及一種用于3D打印的納米陶瓷材料及其3D打印成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)又稱增材制造技術(shù)，是快速成型領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，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打印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細(xì)胞生物原料、木質(zhì)材料以及砂糖等食品材料也在3D打印領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
[0003]納米陶瓷指在陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)中，晶粒、晶界以及它們之間的結(jié)合都處在納米水平(I?lOOnm)，使得材料的強(qiáng)度、韌性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的許多不足，并對(duì)材料的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等性能產(chǎn)生重要影響，為替代工程陶瓷的應(yīng)用開拓了新領(lǐng)域。納米陶瓷作為新型的陶瓷材料，以其優(yōu)異的性能，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，但納米陶瓷材料成型困難，成型工藝復(fù)雜，很難滿足納米陶瓷在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。傳統(tǒng)的納米陶瓷成型方法都是通過將納米粉制成塊狀納米陶瓷材料，既通過某種工藝過程，除去孔隙，以形成致密的塊材，而在致密化的過程中，又保持了納米晶的特性，但存在成型周期長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，精度差，成型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用面窄的缺陷。
[0004]將3D打印成型技術(shù)應(yīng)用于納米陶瓷材料，能改善納米陶瓷材料的成型工藝，具有成型速度快，性能好，精度高，能成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，但納米陶瓷材料成型后需保持其納米級(jí)的晶粒、晶界以及它們之間的結(jié)合都處在納米水平(I?lOOnm)，是現(xiàn)今限制3D打印應(yīng)用于納米陶瓷材料成型的技術(shù)難點(diǎn)，保證3D打印成型后的納米陶瓷材料的納米晶的特性，是將3D打印成功應(yīng)用于納米陶瓷材料成型的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)目前納米陶瓷材料成型存在成型周期長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，精度差，成型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的缺陷提出了一種用于3D打印的納米陶瓷材料及其3D打印成型方法，本發(fā)明利用無機(jī)粘土的高塑性和粘結(jié)性，以無機(jī)粘土為粘結(jié)劑，將納米陶瓷顆粒與無機(jī)粘土混合，得到用于3D打印的納米陶瓷材料，再通過3D打印成型，同時(shí)采用激光燒結(jié)，借助激光快速加熱和冷卻的特性，將無機(jī)粘土燒結(jié)形成納米級(jí)的陶瓷晶粒，并與納米陶瓷顆粒形成納米陶咨蘆品bL.) PR ο
[0006]本發(fā)明一種用于3D打印的納米陶瓷材料，其特征在于是一種含有納米陶瓷顆粒的粘土混合物，其重量份組成為70-85份的納米陶瓷顆粒、10-15份的粘土、15-20份的助劑。
[0007]上述一種用于3D打印的納米陶瓷材料，其中所述的納米陶瓷顆粒是粒度為1-1OOnm的氧化鋁陶瓷顆粒、氧化鎂陶瓷顆粒、二氧化硅陶瓷顆粒、碳化硅陶瓷顆粒、氮化硅陶瓷顆粒中的一種或多種。
[0008]上述一種用于3D打印的納米陶瓷材料，其中所述的粘土為經(jīng)過高溫煅燒去除了有機(jī)質(zhì)的粒徑50-200nm的高嶺土、蒙脫土中的一種或兩種；所述的助劑包括10-15份的浸潤(rùn)劑和5-10份的增塑劑，浸潤(rùn)劑為水與乙醇按3: 2混溶的乙醇溶液，增塑劑為甘油。
[0009]上述一種用于3D打印的納米陶瓷材料，通過以下3D打印成型方法進(jìn)行成型，具體步驟如下:
1、提供3D打印的原料，既3D打印的納米陶瓷材料；
2、提供一臺(tái)粘土激光3D打印機(jī)，將步驟I的3D打印的納米陶瓷材料放置于3D打印機(jī)料槽內(nèi)；
3、使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件繪制陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型；
4、啟動(dòng)3D打印機(jī)，將所述陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型文件導(dǎo)入到步驟2中的3D打印機(jī)中，并使3D打印機(jī)開始打印，打印時(shí)采用激光快速升溫?zé)Y(jié)和冷卻，得到納米陶瓷初胚；
5、將步驟4得到的納米陶瓷初胚進(jìn)行后期加工打磨，得到需要的納米陶瓷產(chǎn)品。
[0010]上述一種用于3D打印的納米陶瓷材料的3D打印成型方法，其中所述的粘土激光3D打印機(jī)其特點(diǎn)在于含有粘土打印頭和激光發(fā)生器，能打印膏狀材料并進(jìn)行激光燒結(jié)。
[0011]本發(fā)明利用了 3D打印粘土材料高塑性和粘結(jié)性的特點(diǎn)，將粘土作為粘結(jié)劑，將納米陶瓷顆粒與粘土混合得到用于3D打印的納米陶瓷材料，通過激光燒結(jié)成型得到納米陶瓷產(chǎn)品；成型過程中，激光燒結(jié)的快速升溫和冷卻形成的巨大溫度差，致使粘土燒結(jié)形成的陶瓷顆粒破碎成納米晶粒，既得到的陶瓷產(chǎn)品中晶粒、晶界以及它們之間的結(jié)合都處在納米水平，使得材料的強(qiáng)度、韌性和超塑性大幅度提高，因而擴(kuò)大了納米陶瓷產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，該成型方法工藝簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)，促進(jìn)了 3D打印成型技術(shù)在生活中的推廣應(yīng)用，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
[0012]本發(fā)明突出的特點(diǎn)和有益效果在于:
1、本發(fā)明解決了納米陶瓷材料成型存在成型周期長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，精度差，成型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的缺陷，制備得到了具有高強(qiáng)度和高韌性的納米陶瓷材料產(chǎn)品。
[0013]2、本發(fā)明直接用粘土作為粘結(jié)劑，不含有機(jī)雜質(zhì)，產(chǎn)品純度高，且成本低廉，原料易得。
[0014]3、本發(fā)明成型方法工藝簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)，得到的納米陶瓷產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下通過【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0016]實(shí)施例1
1、提供3D打印的原料，既3D打印的納米陶瓷材料；
2、提供一臺(tái)粘土激光3D打印機(jī)，將步驟I的3D打印的納米陶瓷材料放置于3D打印機(jī)料槽內(nèi)； 3、使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件繪制陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型；
4、啟動(dòng)3D打印機(jī)，將所述陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型文件導(dǎo)入到步驟2中的3D打印機(jī)中，并使3D打印機(jī)開始打印，打印時(shí)采用激光快速升溫?zé)Y(jié)和冷卻，得到納米陶瓷初胚；
5、將步驟4得到的納米陶瓷初胚進(jìn)行后