[发明专利]一种基于双重固化体系粘接剂的陶瓷零件3D打印方法

说明书

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种基于双重固化体系粘接剂的陶瓷零件3D打印方法。

背景技术

陶瓷粉末3D打印(3DP)是一种新型的陶瓷零件成形方法，它具有“粘接剂喷射”和“粉床”两个特点，其主要是通过控制喷头选择性的喷射粘接剂粘接陶瓷粉末，形成一层截面薄层，待一层扫描喷射结束后，工作台下降一层厚度，重新铺上一层新的陶瓷粉末，继续选择性的喷射粘接剂，再形成一个截面薄层，同时薄层也将与已成形零件粘接在一起，从而实现逐层堆积成形零件。零件成形完毕后，再通过一些后处理工艺，如脱脂、致密化、高温强化烧结等，最终获得高强度致密化的陶瓷零件。

与其它具有“粉末床”的3D打印技术如选择性激光烧结和选择性激光熔化技术相比，粉末3D打印工艺主要是利用粘接剂而不是通过烧结或烧熔的方式将粉末粘结成形，因此粘接剂的特性是决定陶瓷零件成形特性的一个最重要的因素。在粉末3D打印工艺中，粘接剂的功用是将粉体胶合产生结合力使之成型。粘接剂通常要具有性能稳定、耐储存、对喷头无腐蚀性、低黏度以及适宜的表面张力等特性。粘接剂通常可以分为三大类：一、本身具有粘接作用的液体粘接剂，此类粘结剂可以制成墨水，采用喷头将其喷射至粉床特定区域，通过液体的润湿和粘接作用使粉末粘接成形，待粘接剂固化、干燥后即可得到成形的陶瓷零件素坯；二、双组份粘结剂，其中一个组分的粘结剂与粉体混合铺于粉床上，另外一个组分的触发剂置于喷头中，当喷头将墨水触发剂喷射到指定区域时，粉床上的粘结剂在触发剂的作用下发生固化反应，粘结基体陶瓷粉末，从而得到成型的陶瓷零件素坯；三、本身可以与粉末反应固化的粘接剂，此类粘接剂中通常会含有诱发粉末固化的成分，喷嘴将粘接剂喷射在粉末上，粘接剂中的诱发成分就会诱导粉末发生固化反应，实现粘接成形。

然而现有的陶瓷粉末粘接剂面临着几个亟待解决的问题：

一、目前陶瓷粉末粘接剂主要是单组分挥发型的粘接剂，挥发型粘接剂喷在粉末表面需要较长时间来进行干燥，待溶剂完全挥发才能发生固化粘接成形，成型效率低，同时粘接剂在干燥固化干燥过程中，由于所需时间较长会与非选区粉末发生相互渗透影响，降低了成形精度。其次，在打印过程中，挥发型粘接剂会在喷嘴处发生挥发，导致粘接剂固化堵塞喷嘴；

二、普通的粘接剂通常采用都含有水分，无法实现对具有水溶性的陶瓷粉末进行粘接成形，例如氧化钙、氧化镁、氮化铝等易发生水解的陶瓷粉末进行粘接成型；

三、普通的粘接剂，尤其是水基的粘接剂，其表面张力都较大，在陶瓷素坯固化干燥过程中会引起较大的变形收缩或者翘曲变形，从而影响到陶瓷零件的形状精度。

因此，发明一种性质稳定、固化效率高、干燥固化收缩变形小，同时能够实现对水溶性陶瓷粉末有效粘接的粘接剂对陶瓷材料3D打印方法具有很重要的价值与意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于双重固化体系粘接剂的陶瓷零件3D打印方法，其固化效率高，成型坯体强度大，喷嘴不易堵塞，且干燥收缩小，成形精度高。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，根据质量分数，将80％～90％的光敏树脂作为粘接剂基体材料，加入10％～20％的改性剂进行粘接剂的改性，添加0％～5％的光引发剂提高粘接剂的光固化速率，添加0％～5％的着色剂进行粘接剂的着色，构成第一重固化体系；

步骤二，采用80％～90％的环氧树脂作为粘接剂基体材料，加入10％～20％的改性剂进行粘接剂的改性，作为双组份固化的组分一，采用环氧树脂低温快速固化剂作为双组份固化的组分二，构成第二重固化体系；

步骤三，将需要成形的陶瓷材料粉末进行颗粒级配，并加入0％～5％质量分数的矿化剂和0％～5％质量分数的增强用短切纤维，并将其均匀混合；

步骤四，对待制造的陶瓷零件建立三维CAD模型，并建立分层和扫描路径的数据，导入陶瓷粉末3D打印设备；

步骤五，利用步骤一中的粘接剂和步骤二中制备的陶瓷粉末进行3D打印成形，打印完成后去除未粘接粉末，获得双重固化体系粘接剂粘接成形的陶瓷零件素坯；

步骤六，根据陶瓷材料组分，对陶瓷零件素坯脱脂和预烧结；

步骤七，对脱脂预烧结后的陶瓷零件坯体进行致密化处理；

步骤八，对致密化处理后的陶瓷零件再进行高温强化烧结，获得高强度致密陶瓷零件。

所述步骤一中，光敏树脂改性剂为甲醇或乙醇，着色剂为有机墨水；

所述步骤二中，环氧树脂改性剂为叔丁醇或乙二醇，低温快速固化剂为聚硫醇。