[发明专利]可见光3D打印光固化陶瓷浆料、制备方法及打印方法

说明书

本发明公开了一种可见光3D打印光固化高折射率陶瓷浆料，以质量百分数计，包括如下组分：高折射率陶瓷粉体30～90％、分散剂1～30％、单官能团光敏树脂5～30％、多官能团光敏树脂5～20％、450‑690nm波段的光引发剂0.2～10％、增塑剂0.5～20％、消泡剂0.5～10％；本发明公开了一种可见光3D打印光固化高折射率陶瓷浆料的制备方法；还公开了一种可见光3D打印光固化高折射率陶瓷浆料的打印方法。本发明保证陶瓷浆料进行3D打印时可在可见光波段(450‑690nm)进行固化且其单层固化厚度可达100～200μm，固化后尺寸精度良好。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域。更具体地说，本发明涉及一种可见光3D打印光固化陶瓷浆料、制备方法及打印方法。

背景技术

先进陶瓷材料不仅具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、高光泽等结构性能，还具有介电、压电、半导体、声光、超导、磁性、生物相容性等丰富功能性，被广泛应用于航空航天、5G通讯、传感器、生物医学、珠宝首饰等众多国防民生领域。先进陶瓷传统加工手段主要包括有干法压制，注射成形，流延成形等，其成形结构简单，而陶瓷的高强高硬特性造成其后处理手段严重受限。传统加工手段越来越难以满足个性化、复杂化、精密化的功能性陶瓷器件的快速制造以及更新迭代。增材制造成形方式正是以个性复杂特征而著名，因此陶瓷增材制造在各行业的应用研究也备受关注。

近年来，陶瓷增材制造受到了广泛关注，其成形方式也丰富多样，包含有浆料直写成形(DIW)、选择性激光烧结(SLS)、光固化成形(SLA/DLP)以及立体三维喷印(3DP)。其中以光固化成形精度最高，并且致密度高、表面光洁度好。光固化成形技术主要分为SLA与DLP两种，都是以光固化陶瓷浆料为原材料，通过特定波长激光逐层照射陶瓷浆料表面，其照射方式包括点线面扫射或者面投影，激光照射将促陶瓷浆料中的树脂发生聚合反应而固化，这样层层叠加固化有利于制造复杂结构陶瓷产品。

相较于纯树脂光固化3D打印，陶瓷光固化成形较为复杂，陶瓷颗粒的加入将影响光在介质中的传输，其成形性以及精度直接决定于光与浆料的光化学相互作用。Griffith等人在1997年开展了陶瓷浆料光固化研究，研究表明陶瓷折射率将极大影响光的散射，并提出了陶瓷浆料光固化厚度公式D_p为透射深度并且因此C_d反比与Δn²，Δn是光敏树脂与陶瓷的折射率差，Δn越大，入射光在树脂陶瓷界面散射越严重，D_p越小，固化厚度C_d也越小，透射光减少，散射光增加。散射光将扩大邻近树脂固化范围，成形边界超出设计值，导致精度严重降低。相较于氧化硅、氧化铝、氧化锆等常见光固化3D打印用陶瓷材料，碳化硅、钛酸钡、锆钛酸铅等陶瓷材料折射率较高(2.0-3.0)光固化深度低成形效率差，成形精度难以控制。而目前市场主流仅能通过成分掺杂以及包覆处理等技术改变陶瓷浆料性能，光固化3D打印以紫外光固化为主，其波长较短(355nm/405nm)并不适用于高折射率陶瓷材料成形。并且此类高折射率陶瓷对紫外波段光吸收较严重，影响光的透射降低成形效率。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种可见光3D打印光固化陶瓷浆料及打印方法，采用可见光波段(450-690nm)可以有效降低光吸收率提高入射光波长，D_p与波长λ成正比，可以显著提高透射深度降低散射，实现高效高精度打印。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种可见光3D打印光固化高折射率陶瓷浆料，以质量百分数计，包括如下组分：高折射率陶瓷粉体30～90％、分散剂1～30％、单官能团光敏树脂5～30％、多官能团光敏树脂5～20％、450-690nm波段的光引发剂0.2～10％、增塑剂0.5～20％、消泡剂0.5～10％；

所述高折射率陶瓷粉体为碳化硅、氮化硅、钛酸钡基压电陶瓷、锆钛酸铅基压电陶瓷、铌酸钾钠基压电陶瓷、钛酸铋钠基压电陶瓷钠、铋层状压电陶瓷中的至少一种。