[发明专利]一种陶瓷材料的3D打印成型方法

说明书

本发明提出一种陶瓷材料的3D打印成型方法，采用具有低温冷冻特性的溶胶与陶瓷或金属等粉体混合制备成具有冷冻凝胶性质的浆料，浆料通过打印头喷射在低温的打印平台上冷冻、凝胶固化，逐层打印得到各类材料和产品。本发明利用某些溶胶在低温冷冻状态下会凝胶固化的特性，原材料制备工艺简便快捷，成本低，只要能够在冷冻状态下凝胶固化即可，拓展了3D打印技术的应用领域。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料的3D打印成型方法，属于功能、结构陶瓷材料3D打印技术领域。

背景技术

3D打印是一种三维实体快速成型制造技术，综合了计算机图形处理、数字化信息和控制、激光技术、机电技术和材料技术等多项技术的优势，这种技术起源于1988年诞生的“快速原型制造”技术。快速原型制造技术采用了一种全新的无模具自由成型原理来制造三维实体零件，通过逐渐增加材料的方法得到一定的三维形状。这种成型方法不需要模具，省去了模具设计、制造以及合模、脱模等过程，显著缩短了研发和制造周期，降低了产品的成本。

3D打印的基本工作原理是离散-堆积。首先将产品的物理形状通过造型软件或三维扫描仪转化为三维数字立体模型，用分层软件将此模型在Z轴离散，形成一系列具有特定厚度的薄层。然后利用各种方法将这一系列薄层逐层堆积起来。最后经过适当的后处理方法，得到所需的产品。

3D打印成型技术可分为两大类：第一类是基于激光技术的成型方法，如立体光刻(Sterolithography Apparatus，SLA)、纸叠层(Laminated Object Manufacturing，LOM)、选择性激光烧结(Select ive Laser Sintered，SLS)、选择性激光熔化(Select ive LaserMelted，SLM)等；第二类是非激光技术的成型方法，如熔丝沉积(Fused Depos itionModeling，FDM)、掩膜光固化(Mask Stereolithography，MS)、冲击微粒制造(BallisticParticle Manufacturing，BPM)、实体磨削固化(Solid Ground，SGC)等。从目前发展情况来看，非激光技术不需要昂贵的激光系统，设备运行的可靠性较好，已经超过了基于激光的3D打印技术，成为快速成型技术的主流。但这些3D打印技术对所采用的原材料要求较高，如粉体原料的形状和尺寸要便于输运、光固化原材料则要根据工艺要求添加分散剂、阻聚剂、多种光引发剂等成分，这些原料通常均需要根据特定原理和设备由专门的厂家合成或制造，限制了3D打印技术的进一步推广应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种通用性好、成本低、便于推广的陶瓷材料的3D打印成型方法。

本发明的技术解决方案：一种陶瓷材料的3D打印成型方法，包括以下步骤：

建立产品的三维模型，对模型进行分层处理，建立3D打印程序。

三维模型中每一分层截面结构的厚度不能太厚，否则会影响两层之间的结合，三维模型中每一分层截面结构的厚度不超过0.5mm即可满足要求。

制备具有冷冻凝胶性质的浆料，

具有冷冻凝胶性质的浆料由溶胶和粉体原料混合均匀而成，本发明所选用的溶胶在低温冷冻状态下会凝胶固化，固化的坯体在解冻温度以上时仍保持冷冻时的形状和尺寸，充分干燥后也没有显著变形和收缩。常用的此类具有冷冻凝胶性质的溶胶包括硅溶胶、铝溶胶、莫来石溶胶和锆溶胶，但不以此为限，优选固相体积分数为10～25％的硅溶胶。粉体原料包括陶瓷粉体或含金属元素的粉体等，可以由金属和/或一种或多种元素的氧化物、混合氧化物、氮化物或碳化物组成，金属可以镁、铝、钾、钙、钛、铁、铜、锌、锡、铅等，元素包括硼、钠、镁、铝、硅、钾、钙、铁、铜、锌、钇、锆、锡、铅、钡等，具体粉体种类根据所要制备的产品确定。浆料中还可根据工艺需要加入分散剂、粘结剂等其他添加剂。