[发明专利]一种基于粉末粘结式3D打印的仿真太湖石制作方法

摘要

本发明揭示了一种基于粉末粘结式3D打印的仿真太湖石制作方法，包括如下步骤：a）3D模型制作；b）3D打印基料制备：（1）填料制备；（2）复合粉料制备；（3）基料制备；c）步骤三：实物3D打印：（1）上料；（2）打印;d）步骤四：（1）胚体促凝；（2）胚体塑形；（3）胚体打磨；（4）胚体喷砂；（5）胚体保护。本发明材质属性和外形特征上与真实太湖石极为接近，同时还具有防水、防污、耐酸碱、抗老化、抗冻融、抗生物侵蚀等优势，因而可以作为真实太湖石的替代品，广泛地应用于园林工程领域。

主权项

1.一种基于粉末粘结式3D打印的仿真太湖石制作方法，其特征在于：包括如下步骤：a）3D模型制作：确定所需制作仿真太湖石的尺寸规格，运用3D建模软件建立仿真太湖石的三维数据模型，并根据太湖石外形特征进行修正和优化，导出STL数据格式；如需对实物太湖石进行仿制，可先通过相位差3D激光扫描仪或脉冲式3D激光扫描仪进行3D激光扫描获取实物太湖石的三维数据，建立3D模型，再根据太湖石外形特征进行修正和优化，导出STL数据格式；b）3D打印基料制备：（1）填料制备：收集造型不佳的小块太湖石或碎屑作为原料，通过破碎机粉碎至5-25mm碎料，再放入球磨机加工至5-30μm石粉，最后放入150℃烘箱烘烤15分钟，去除水份，所述太湖石原料密度为2.125-2.6吨/m3，硬度约为3H，含泥量为0.0001%，颜色为暗红色、白色、黑色、灰色中的一种或多种,其中碳酸钙含量为60-85%，并含碳酸镁、氧化钙、氧化锰及二氧化硅中的一种或多种； （2）复合粉料制备：按重量份数计，将填料100-150份、硫铝酸盐水泥30-50份、水玻璃5-10份、硬石膏1-10份，无碱水泥速凝剂粉末1份、减水剂粉末1份送干粉搅拌机进行混合搅拌，得到混合均匀的复合粉料，搅拌机转速为1000-2000r/m之间，时间在30-60s，搅拌温度为常温，其中所述硫铝酸盐水泥胶凝材料，其成份包括硫铝酸钙29.35%、硅酸二钙38.06%、游离石膏13.64%、铁铝酸四钙5.08%、游离石灰1.84%；其中所述减水剂为萘系减水剂、氨基磺酸盐减水剂和聚羧酸盐减水剂中的一种或多种；（3）基料制备：将二氧化硅含量为55-65%，密度为2.54-2.60g/cm3高岭土中放入球磨机加工至20-30μm的石粉，按质量比1:10-15将复合粉料与高岭土进行不均匀简单混合，制成仿真太湖石的3D打印基料；c）步骤三：实物3D打印：（1）上料：采用3D粉末粘结技术进行仿真太湖石打印，选择双料槽和双喷头的3D打印机，分别将已经制备的3D打印基料和水加入到料槽中；（2）打印：启动3D打印机，导入仿真太湖石3D模型的STL数据格式，按照1:1的比例进行打印，根据3D模型STL数据的分层截面结构喷打印基底和水，程序是先喷一层3D打印基料粉末，再喷一层水，以相互交替方式进行，直至模型打印完成;d）步骤四：胚体后期处理：（1）胚体促凝：静置3D打印的仿真太湖石胚体2-3h，使粉末状的3D打印基料中太湖石填料、粘结剂和添加剂之间通过充分水化反应、交联作用和分子间作用力固化完全，在仿真太湖石胚体初凝后，可通过真空干燥和紫外光照射等外加措施强化其硬度并加速其凝结时间，当仿真太湖石胚体表面凝结硬化后，采用人工刷除或气压清洁的方法清除胚体中的多余粉末；（2）胚体塑形：配置5-15%比例的稀盐酸溶液，使用热水高压水枪冲刷仿真太湖石胚体表层，将胚体表面不均匀分布的高岭土去除，同时反复冲刷胚体孔洞部分，通过水压冲刷和盐酸腐蚀形成粒体腔孔隙、溶蚀孔隙和皱纹，其中高压水枪压力为10-25Mpa，水温为15-25℃；（3）胚体打磨：采用注水式气动水磨机打磨仿真太湖石胚体，先用500#金刚石软磨片将胚体表面尖锐部分磨圆，再用1200#金刚石软磨片将胚体表面整体精磨至清晰显示胚体的纹路、孔隙，表面细腻、光滑和有微弱的光泽度为止；（4）胚体喷砂：用清水冲洗打磨后的仿真太湖石胚体，待其自然干后采用吸水式喷砂、压入式喷砂和液喷砂中的一种或几种方式对胚体进行整体喷砂，形成表面磨砂效果；（5）胚体保护：清洁喷砂后的仿真太湖石胚体，采用喷涂、浸泡、布擦、毛刷中的一种或几种方式在胚体上附加保护液，保护液为丙烯酸型防护剂、硅丙型防护剂、硅树脂型防护剂、有机硅型防护剂、氟硅型防护剂中的一种或多种。