[发明专利]陶瓷3D打印浆料的制备及应用

说明书

本发明涉及增材制造技术领域，本发明公开了一种陶瓷3D打印浆料的制备及应用，首先，将质量百分比为单体的1.5～3%光引发剂加入到丙烯酸酯单体中，磁力搅拌分散使其完全溶解得到预混液1；其次，将质量百分比为陶瓷粉末的0.3～2%分散剂加入到预混液1后，将质量百分比含量70～85%的陶瓷粉末加入，球磨1～3小时，全部粉末加入后球磨6小时，使各组分混合均匀，获得预混液2；最后，将质量百分比0.5～2%的触变剂加入预混液2,磁力搅拌0.5～2小时,静置2～4小时，得到陶瓷浆料。本发明能够实现陶瓷浆料的输送、刮平，并最终实现致密度高的陶瓷制品制备。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种陶瓷3D打印浆料的制备及应用。

背景技术

陶瓷材料具有强度高、耐磨、耐腐蚀等优异性能，在航空航天、石油化工、生物医用等领域应用广泛。传统的成形工艺是开模后将陶瓷浆料干燥成为坯体，再进行高温烧结得到陶瓷制品。这种成形方法受开模限制，制约陶瓷制品复杂化的发展。

近年来发展的各种3D打印成形技术使陶瓷成形实现了无模化生产。其中，1990年代中期法国利摩日大学开发了针对陶瓷坯体的光固化3D打印成形工艺，将单体、光引发剂、分散剂、陶瓷粉末配置成粘度较低、固含量较高的浆料，基于光固化成形设备利用紫外光引发单体发生聚合反应，固化形成陶瓷坯体，再经过后续脱脂和烧结获得最终的陶瓷制品。该成形工艺能够获得致密度高、结构复杂的陶瓷制品，成为陶瓷3D打印成形的代表性工作。

国内对于陶瓷工件光固化3D打印所用陶瓷浆料方面，西安交通大学的李涤尘等人开发了亚甲基双丙烯酸胺、分散剂、光引发剂制备的水基光固化陶瓷浆料，并借助振镜驱动的激光束完成每个陶瓷样品切面的快速成形。结合其设备的成形能力，该类浆料粘度较小，固含量较低。而较低的固含量将对最终陶瓷工件的致密度和强度带来影响，因此该类浆料不能满足高质量陶瓷坯体的制造需求。

当提高陶瓷浆料固含量之后，其粘度较大，在3D打印过程中容易造成局部缺损或模型发生损坏。因此，如何获得固含量相对较高、流动性较好的陶瓷浆料，成为提高光固化3D打印陶瓷制品质量、拓展其应用领域的关键。

发明内容

为解决上述技术问题，我们提出了一种陶瓷3D打印浆料的制备及应用，通过在浆料中添加一定量的触变剂，将高固含量陶瓷浆料的粘度调节至合适范围，以利于进行光固化成形，同时保证最终烧结致密度和强度要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

陶瓷3D打印浆料的制备，其包括如下步骤：

首先，将质量百分比为单体的1.5～3%光引发剂加入到丙烯酸酯单体中，磁力搅拌分散使其完全溶解得到预混液1；其次，将质量百分比为陶瓷粉末的0.3～2%分散剂加入到预混液1后，将质量百分比含量70～85%的陶瓷粉末分成多等份逐次加入，每次球磨1～3小时，全部粉末加入后球磨6小时，使各组分混合均匀，获得预混液2；最后，将质量百分比0.5～2%的触变剂加入预混液2,磁力搅拌0.5～2小时,静置2～4小时，得到陶瓷浆料。

优选的，所述陶瓷粉末是Al₂O₃、ZrO₂、HAP、TCP中一种。

优选的，所述光引发剂是光引发剂184和光引发剂651中任一个。

优选的，所述分散剂是分散剂655和分散剂670中任一个。

优选的，所述触变剂是触变剂BYK410。

为了实现上述目的，本发明还提出了一种陶瓷3D打印浆料的制备应用，其具体包括如下：

1)将CAD三维陶瓷部件模型导入陶瓷3D打印机进行分层处理，并将上述陶瓷浆料置于料槽中，采用光固化成形方法制备陶瓷坯体；