一種打印金屬、陶瓷制品的水溶型墨水的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于3D打印金屬、陶瓷及其復(fù)（混）合材質(zhì)制品水溶型墨水，以及該墨水打印出來的成型品經(jīng)塑化、脫粘、燒結(jié)得到所需材質(zhì)制品的方法。墨水材料組成質(zhì)量比：30%—70%材質(zhì)組份(金屬、合金、陶瓷等)；1%—9%高分子材料組份(己內(nèi)酰胺、2-吡咯烷酮、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、鄰苯二甲酸酐、鄰苯二甲酰亞胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸聚甲基丙烯酸及其共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚馬來酸酐、開普氏樹脂、聚二甲基二烯丙基氯化銨、溶于水的纖維素、單鏈聚氨酯等的一種或一種以上)；69%—21%水。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用三維打印技術(shù)制造金屬、陶瓷及其復(fù)(混）合材質(zhì)制品的水溶型 墨水。由該墨水打印出來的成型品經(jīng)蒸發(fā)塑化、脫粘、燒結(jié)得到所需材質(zhì)的制品。 一種打印金屬、陶瓷制品的水溶型墨水

【背景技術(shù)】
[0002] 在此處鍵入【技術(shù)領(lǐng)域】描述段落。三維打印是當(dāng)前極為熱門的新型數(shù)字制造技術(shù)。 現(xiàn)在市場(chǎng)上流行的3D打印技術(shù)有：3DP技術(shù)；FDM熔融層積成型技術(shù)；SLA立體平板印刷技 術(shù)；SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)；DLP激光成型技術(shù)；UV紫外線成型技術(shù)等。
[0003] 采用3DP技術(shù)的3D打印機(jī)使用標(biāo)準(zhǔn)噴墨打印技術(shù)，通過將液態(tài)連結(jié)體鋪放在粉末 薄層上，以打印橫截面數(shù)據(jù)的方式逐層創(chuàng)建各部件，得到三維實(shí)體制品。該技術(shù)一般只能打 印石骨制品。
[0004] FDM熔融層積成型技術(shù)是將絲狀的熱熔性材料加熱熔化，同時(shí)三維噴頭在計(jì)算機(jī) 控制下，根據(jù)截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成一層截面。 一層成型完成后，機(jī)器下降一個(gè)高度(分層厚度)再成型下一層，直至形成整個(gè)實(shí)體造型。主 要適用于成型小塑料件。
[0005] SLA立體平板印刷技術(shù)以光敏樹脂為原料，通過計(jì)算機(jī)控制激光，按制品的各分層 截面信息在液態(tài)的光敏樹脂表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而 固化，形成制品的一個(gè)薄層。一層固化完成后，工作臺(tái)下移一個(gè)層厚度的距離，然后在原先 固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂，直至得到實(shí)體制品。
[0006] SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)是通過預(yù)先在工作臺(tái)上鋪一層粉末材料(金屬粉末或非金 屬粉末)，然后讓激光在計(jì)算機(jī)控制下按照界面輪廓信息對(duì)實(shí)心部對(duì)分粉末進(jìn)行燒結(jié)，然后 不斷循環(huán)，層層堆積成型。
[0007] DLP激光成型技術(shù)類似SLA立體平版印刷技術(shù)，不同的是使用高分辯率的數(shù)字光 處理器（DLP)投影器來固化液態(tài)光聚合物，逐層進(jìn)行光固化得到實(shí)體制品。
[0008] UV紫外線成型技術(shù)和SLA立體平板印技術(shù)比較類似，不同的是它利用UV紫外線照 射液態(tài)光敏樹脂。
[0009] 上述技術(shù)中所用材料限于樹脂、石膏的多，光敏樹脂價(jià)格昂貴，制品適用面有限； 石膏制品只能作為裝飾、模型等使用；SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)對(duì)金屬粉末或非金屬粉末要 求十分苛刻，適用品種少，價(jià)格昂貴。因此，開發(fā)出來源廣、價(jià)格低的打印材料，是3D制造技 術(shù)發(fā)展的重要方面。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 在此處鍵入【技術(shù)領(lǐng)域】描述段落。本發(fā)明一種打印金屬、陶瓷制品的水溶型墨水，是 一種來源廣、價(jià)格低的金屬、陶瓷及其復(fù)(混）合材料的打印原料。該打印材料由水，溶解于 水的高分子材料，金屬、陶瓷及其復(fù)(混）合粉末的材質(zhì)材料、助劑四部分組成。
[0011] 墨水中的材質(zhì)材料采用何種粉末，由所制造的目標(biāo)產(chǎn)品規(guī)定的材質(zhì)決定。包括：一 種金屬粉末或多種金屬粉末的混合物，比如鐵粉(需經(jīng)防銹處理)、鈷粉、鑰粉、鉻粉、鈮粉、 鎳粉、錳粉、鎢粉、銅粉、鋁粉等等及其兩種或兩種以上不同比例粉末的混合物；多種金屬的 合金粉末，比如不同牌號(hào)的不銹鋼粉末、低合金粉末；陶瓷粉末，包括：氧化物陶瓷，比如氧 化鋯、氧化鋁等，氮化物陶瓷，比如氮化硅、氮化鋁等，碳化物陶瓷，比如碳化硅等；金屬陶瓷 復(fù)(混）合材料，比如鐵鍍氧化鋁、鐵鍍氧化鋯，鎳鍍氧化鋁、鎳鍍氧化鋯。
[0012] 墨水中的水選擇純凈水、蒸餾水、去了離子水等。
[0013] 墨水中的高分子材料粘結(jié)劑指在常溫或100°C以下，能夠溶解于水的高分子材料， 包括：但不限于己內(nèi)酰胺、2-吡咯烷酮、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、 聚乙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、鄰苯二甲酸酐、鄰苯二甲酰亞胺、聚丙烯酰胺、 聚丙烯酸聚甲基丙烯酸及其共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、 聚馬來酸酐、開普氏樹脂、聚二甲基二烯丙基氯化銨、甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基纖 維素、羥丙基纖維素、羥乙基甲基纖維素、聚氨酯(單鏈）等。
[0014] 本發(fā)明所述墨水各組份質(zhì)量比為：材質(zhì)組份30% -70% ;商分子材料組份1%-9% ； 水 69% - 21%。
[0015] 其制作方法如下：將適量的分散劑、懸浮劑等助劑和高分子材料溶解于水，攪拌均 勻；再加入材質(zhì)粉末攪拌均勻，密封保存。
[0016] 其中高分子組份由兩種或兩種以上能溶于水，且熔融分解點(diǎn)不同的高分子材料組 成。
[0017] 本發(fā)明所述墨水在供3D打印時(shí)，必須在每層打印過程中加溫將水蒸發(fā)，并使高分 子材料塑化，以獲得完整、有一定強(qiáng)度的實(shí)體制品。
[0018] 本發(fā)明打印所得到塑化后的實(shí)體制品，需經(jīng)脫除高分子材料、燒結(jié)，最后獲得所需 材質(zhì)的制品。
[0019] 在設(shè)計(jì)所需的三維制品時(shí)，應(yīng)考慮到脫除高分子材料后純材質(zhì)制品的收縮量，放 大設(shè)計(jì)尺寸。
[0020] 實(shí)施例
[0021] 實(shí)施例一 打印不銹鋼制品的墨水。質(zhì)量比1. 5%聚乙烯醇1799,0. 5%聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸共 聚物，50%蒸餾水，48%316L不銹鋼粉末。將質(zhì)量比1. 5%聚乙烯醇1799,0. 5%聚丙烯酸、聚 甲基丙烯酸共聚物，溶解于50%65°C蒸餾水中，攪拌均勻，加入質(zhì)量比48%316L不銹鋼粉末， 攪拌均勻，得到打印不銹鋼制品的水溶型墨水。該墨水用于3D噴墨打印機(jī)打印已設(shè)計(jì)好的 制品，打印過程中對(duì)打印室加熱至115°C，將墨水中的水蒸發(fā)，同時(shí)使打印的制品每層得到 塑化，打印得到設(shè)計(jì)的成型品。成型品經(jīng)210°C真空脫除8小時(shí)，脫除聚乙烯醇1799 ;升溫 至310°C真空脫除6小時(shí)，脫除聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸共聚物。升溫至1360°C燒結(jié)8小時(shí)， 得到打印不銹鋼制品。
[0022] 實(shí)施例二 打印陶瓷制品墨水。質(zhì)量比2%己內(nèi)酰胺，0. 5%聚馬來酸酐，65%蒸餾水，32. 5%氧化鋯 粉末。將質(zhì)量比2%己內(nèi)酰胺，0. 5%聚馬來酸酐，溶解于70°C 65%蒸餾水，攪拌均勻，加入
【權(quán)利要求】
1. 一種用于制造供3D打印的金屬、陶瓷及其復(fù)(混)合材料制品的水溶型墨水，及該墨 水打印出來的成型品經(jīng)塑化、脫粘、燒結(jié)得到所需材質(zhì)制品的方法。
2. 權(quán)利要求1所述墨水的制造方法，先將高分子材料溶于水，制取均勻的水溶液，再根 據(jù)設(shè)計(jì)制品的材質(zhì)要求，加入金屬或陶瓷或金屬陶瓷復(fù)(混）合粉末，攪拌均勻。
3. 權(quán)利要求1所述墨水的材料組成質(zhì)量比：30% - 70%材質(zhì)組份（金屬、合金、陶瓷等粉 末）；1% - 9%高分子材料組份（己內(nèi)酰胺、2-吡咯烷酮、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯、聚對(duì)苯二 甲酸丁二醇酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、鄰苯二甲酸酐、鄰苯二甲酰亞 胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸聚甲基丙烯酸及其共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚 乙烯基吡咯烷酮、聚馬來酸酐、開普氏樹脂、聚二甲基二烯丙基氯化銨、溶于水的纖維素、單 鏈聚氨酯等的一種或一種以上）；69% - 21%水。
4. 利用權(quán)利要求1所述墨水，在3D打印機(jī)打印成型品過程中，需對(duì)打印室加溫，使每個(gè) 打印層的水份得到蒸發(fā)和高分子材料得到塑化，蒸發(fā)、塑化溫度在100 - 210°C之間。
5. 利用權(quán)利要求4所述打印、塑化后的成型品，需對(duì)成型品中所含的高分子材料進(jìn)行 脫除（即脫粘)，脫粘溫度在100- 500°C之間，脫粘時(shí)間在2 - 20小時(shí)之間，脫除方法可采用 水解分解脫除、熱熔融分解脫除、酸催化分解脫除，脫除設(shè)備可選擇真空脫粘燒結(jié)爐、專用 脫粘爐等。
6. 權(quán)利要求5所述脫粘后的打印成型品，需進(jìn)行燒結(jié)，使其達(dá)到設(shè)計(jì)所需要的性能，燒 結(jié)可使用真空燒結(jié)爐、網(wǎng)帶燒結(jié)爐或推桿燒結(jié)爐等。
【文檔編號(hào)】B22F3/10GK104057084SQ201310089907
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月20日
【發(fā)明者】高為鑫, 王飛, 戴靜 申請(qǐng)人:江蘇天一超細(xì)金屬粉末有限公司