一種陶瓷材料的3d打印成型方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種3D打印成型方法，具體涉及一種陶瓷材料的3D打印成型方法。
【背景技術】
[0002]3D打印技術又稱增材制造技術，是快速成型領域的一種新興技術，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運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。隨著3D打印技術的發(fā)展和應用，材料成為限制3D打印技術未來走向的關鍵因素之一，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打印領域得到了應用。
[0003]眾多3D打印材料的開發(fā)和使用，雖然拓展了3D打印技術的應用范圍，但同時也帶來了更多的問題，如:成型材料性能不穩(wěn)地、成型步驟太多、成型是使用的輔助材料成本太高、成型的產(chǎn)品力學性能不夠等等問題。對于陶瓷的3D打印成型，可分為直接成型和間接成型兩種成型方法，直接成型采用激光燒結(jié)成型，直接得到陶瓷產(chǎn)品，成型速度快，精度高，但能耗高，對材料和打印機的要求高，因而成本高昂，不利于3D打印的大規(guī)模推廣和使用，如中國專利公開號CN103317590A公開的一種激光3D打印陶瓷功能梯度結(jié)構(gòu)件的方法中，采用了3D打印激光燒結(jié)成型技術，成型速度快，精度高，但能耗大，成本高；間接成型采用高分子材料作為載體對陶瓷顆粒包覆，在打印時進行加熱，高分子材料熔融后進行粘結(jié)成型，再通過脫脂、排塑、燒結(jié)等后續(xù)工藝得到陶瓷產(chǎn)品，成型條件溫和，成本較低，但后續(xù)工藝復雜，成型周期長，且精度較差，如中國專利公開號CN103817767A公開的一種應用3D打印技術的陶瓷產(chǎn)品制作方法中，采用了有機粉末作為粘合劑，成型后進行了脫脂、排塑、燒結(jié)等后續(xù)工藝得到陶瓷產(chǎn)品；中國專利公開號CN104193345A公開的一種基于3D打印技術制備吸波陶瓷部件的方法中也采用了有機粘結(jié)劑作為粘結(jié)材料，進而成型后也要進行脫脂、排塑等工藝進行處理，存在步驟多，成型周期長，精度差等缺陷。因此，找到一種新的成型方法是解決上述問題的有效辦法之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對目前陶瓷采用3D打印激光燒結(jié)成型存在能耗高，對材料和打印機的要求高的缺陷和采用有機粘結(jié)成型陶瓷具有的工藝復雜和含有有機雜質(zhì)的缺點提出了一種陶瓷的3D打印成型方法。
[0005]本發(fā)明一種陶瓷材料的3D打印成型方法，其特征在于是一種直接將粘土材料用3D打印機進行成型后，進行燒結(jié)處理得到陶瓷產(chǎn)品的方法，具體步驟如下:
1、提供粘桐狀的原料；
2、提供一3D打印機，將步驟I的粘稠狀的原料放置于3D打印機料槽內(nèi)；
3、使用計算機輔助設計軟件繪制陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型；
4、啟動3D打印機，將所述陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型文件導入到步驟2中的3D打印機中，并使3D打印機開始打印，得到陶瓷胚體；
5、將步驟4得到的陶瓷坯體浸入到二甘醇溶劑中浸泡0.5-lh取出，去除胚體中大部分的水和有機物；
6、設置燒結(jié)曲線，將步驟5取出的陶瓷胚體在500-800°C的溫度下預燒結(jié)15-20h，在1200-1600 °C的溫度下燒結(jié)2-4h，然后進行冷卻，制得陶瓷產(chǎn)品。
[0006]上述一種陶瓷材料的3D打印成型方法，其中所述粘稠狀的原料由50-65份粘土，0-30份骨料，30-45份潤濕劑，3-8份增韌劑，5_10份增塑劑混合而成，所述的粘土為高嶺土、蒙脫土中的一種或兩種;所述的骨料為水白云母粉末、蒙脫石粉末、石英粉末和長石粉末中的一種或多種;所述的潤濕劑為水與乙醇按1:1混溶的乙醇溶液;所述的增韌劑為碳化硅晶須、氮化硅晶須、鈦酸鉀晶須、硼酸鋁晶須、氧化鋁晶須、氧化鋅晶須、硫酸鈣晶須中的一種或多種;所述的增塑劑為甘油、植物油中的一種或多種。
[0007]上述一種陶瓷材料的3D打印成型方法，其中所述的3D打印機為3D粘土打印機，由機架、供料裝置和粘土噴頭組成，所述機架內(nèi)設置有至少三套與所述粘土噴頭連接的控制軸，所述供料裝置與粘土噴頭相連。
[0008]上述一種陶瓷材料的3D打印成型方法，其中所述的二甘醇含水量低于2%。
[0009]本發(fā)明采用直接成型的方法對陶瓷材料進行3D打印成型，利用粘土本身具有的塑性和粘結(jié)性，直接將粘土材料用3D打印機進行打印成型得到陶瓷的坯體，然后進行燒結(jié)得到陶瓷產(chǎn)品，既沒有采用3D打印激光燒結(jié)缺成型陶瓷具有的高能耗和高成本的缺陷，也沒有采用有機粘結(jié)成型陶瓷具有的工藝復雜和含有有機雜質(zhì)的缺點，該成型方法打印得到的陶瓷產(chǎn)品具有成本低廉，精度高，方法簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點，促進了3D打印成型技術在生活中的推廣應用，具有廣闊的市場前景。
[0010]本發(fā)明突出的特點和有益效果在于:
1、本發(fā)明是利用粘土本身具有的塑性和粘結(jié)性，直接將粘土材料用3D打印機進行打印成型得到陶瓷的坯體，然后進行燒結(jié)得到陶瓷產(chǎn)品的方法。
[0011]2、本發(fā)明方法中直接用粘土材料作為原料，成本低廉，原料易得。
[0012]3、本發(fā)明方法制得的陶瓷產(chǎn)品具有成本低廉，精度高，方法簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點。
【具體實施方式】
[0013]以下通過【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但不應將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0014]實施例1
1、提供粘桐狀的原料；
2、提供一3D打印機，將步驟I的粘稠狀的原料放置于3D打印機料槽內(nèi)；
3、使用計算機輔助設計軟件繪制陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型；
4、啟動3D打印機，將所述陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型文件導入到步驟2中的3D打印機中，并使3D打印機開始打印，得到陶瓷胚體；
5、將步驟4得到的陶瓷坯體浸入到二甘醇中浸泡0.5h取出，去除胚體中大部分的水和有機物；
6、設置燒結(jié)曲線，將步驟5取出的陶瓷胚體在500 °C的溫度下預燒結(jié)15h，在1200 V的溫度下燒結(jié)2h，然后進行冷卻，制得陶瓷產(chǎn)品。
[0015]其中步驟I中的粘稠狀原料由50重量