一種用于三維打印的熱塑材料及其應(yīng)用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于三維打印的熱塑材料，由無機(jī)粉末和熱塑性樹脂組成，所述無機(jī)粉末占總重量60%-99.9%，所述熱塑性樹脂占總重量0.1-40%；所述無機(jī)粉末材料為陶瓷粉末或金屬粉末或陶瓷與金屬復(fù)合粉末。本發(fā)明還公開了熱塑材料的應(yīng)用方法。本發(fā)明為三維打印技術(shù)提供了更多的打印材料選擇空間，實(shí)現(xiàn)利用熔融沉積成型三維打印技術(shù)制備陶瓷材料、金屬材料、或是陶瓷與金屬共存的三維立體結(jié)構(gòu)。
【專利說明】一種用于三維打印的熱塑材料及其應(yīng)用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于三維打印制造領(lǐng)域，具體涉及一種用于三維打印的熱塑材料及其應(yīng)用方法。

【背景技術(shù)】
[0002]三維打印技術(shù)近年來迅速發(fā)展并且成為研究熱點(diǎn)，其原理是將三維物象通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來，其過程如同打印機(jī)的打印過程，通過將粉料逐點(diǎn)打印成層，然后逐層疊加成三維實(shí)體的制備過程，具有精度高、速度快的特點(diǎn)，其最大的特點(diǎn)是從設(shè)計(jì)到成型一步到位，并且能夠制備結(jié)構(gòu)更為精密復(fù)雜的產(chǎn)品。因此，三維打印技術(shù)自面世以來迅速成為研究熱點(diǎn)，其應(yīng)用范圍也迅速擴(kuò)張到產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)、精密零部件、建筑模型、醫(yī)療手術(shù)、藝術(shù)品等多個(gè)行業(yè)，并迅速發(fā)展了多種打印方式與打印材料。不同打印方式都對應(yīng)了不同的可打印材料，像目前廣泛應(yīng)用的熔融沉積成型三維成型打印方式只能制備有機(jī)材料。對于基于無機(jī)材料的產(chǎn)品，熔融沉積成型三維打印技術(shù)還無法實(shí)現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)利用熔融沉積三維打印技術(shù)制備陶瓷，或是金屬，或是陶瓷與金屬共存的三維立體結(jié)構(gòu)的熱塑材料及其應(yīng)用方法。
[0004]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一類用于三維打印的熱塑材料，由無機(jī)粉末和熱塑性樹脂組成，所述無機(jī)粉末占總重量60%-99.9%，所述熱塑性樹脂占總重量
0.1-40% ;所述無機(jī)粉末材料為陶瓷粉末或金屬粉末或陶瓷與金屬復(fù)合粉末。
[0005]進(jìn)一步地，所述熱塑料性樹脂為聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚甲醛、聚酰胺、聚苯醚、聚碳酸酯、聚砜、ABS、橡膠中的一種或者多種。
[0006]進(jìn)一步地，所述陶瓷粉末為氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鈹、粘土、碳酸鈣、氧化釔、氧化鎂、氧化硅、氧化鈣、滑石、氧化鉛、氧化鋇、氧化鉍的一種或者多種。
[0007]進(jìn)一步地，所述金屬粉末為金、銀、銅、鋁、鎳、鎢、鈦、鈀、鋅中的一種或者多種。
[0008] 上述的用于三維打印的熱塑材料的應(yīng)用方法，包括以下步驟:
(I)在加熱熔融質(zhì)量比為0.1-40%的熱塑性樹脂中加入質(zhì)量比為60%-99.9%陶瓷或是金屬粉末混合均勻，獲得加熱時(shí)具有流動性可打印，冷卻時(shí)可固化成型的三維打印材料；所述的三維材料可以是一種陶瓷-熱塑性樹脂材料打印而成，或是多種陶瓷-熱塑性樹脂材料打印而成，或是一種金屬-熱塑性樹脂材料打印而成，或是多種金屬-熱塑性樹脂材料打印而成，或是一種或多種陶瓷-熱塑性樹脂材料與一種或多種金屬-熱塑性樹脂材料打印--? 。
[0009](2)利用熔融沉積成型三維打印設(shè)備將配好的材料打印并固化成三維結(jié)構(gòu)；
(3)將制備的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)處理，除去里面的有機(jī)物，獲得所需成分的三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。
[0010]本發(fā)明的原理為:熱塑性樹脂在加熱到一定溫度后會熔融具有流動性，在其中加入無機(jī)粉末(可以是陶瓷粉末或是金屬粉末)攪拌均勻冷卻后可以形成均勻的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料。該復(fù)合材料再一次加熱時(shí)仍然具有流動性，冷卻后可以固化成型，完全滿足熔融沉積三維打印設(shè)備打印。熔融沉積三維打印設(shè)備打印該復(fù)合材料時(shí)，打印頭位置的加熱設(shè)備可以使材料熔融具有流動性，適合打印。當(dāng)材料打印離開打印頭后，溫度下降，材料中的熱塑性樹脂冷卻固化，從而成型。利用熔融沉積三維打印設(shè)備，可以在部分層面上打印一種無機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料，在部分層面上打印另一種無機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料，從而打印形成多種材料復(fù)合結(jié)構(gòu)，如陶瓷-有機(jī)與金屬-有機(jī)的混合三維結(jié)構(gòu)。將成型的無機(jī)-有機(jī)復(fù)合坯在高溫下熱處理，有機(jī)成分在600°c前可以完全分解，坯體只剩下設(shè)計(jì)所需的無機(jī)成分。再將這些無機(jī)成分組成的坯體在更高溫度下熱處理，可以使這些無機(jī)成分(陶瓷或金屬)燒結(jié)從而致密化，獲得設(shè)計(jì)所需的成品。該方案提供了一套制備適用于熔融沉積三維打印的無機(jī)-有機(jī)復(fù)合打印材料，以及打印固化成型后后續(xù)的排膠、燒結(jié)工藝，形成了利用熔融沉積三維打印制備能夠陶瓷、金屬、陶瓷與金屬共存的系統(tǒng)解決方案。
[0011]本發(fā)明中的三維打印的熱塑材料，能夠使熱塑類型三維打印設(shè)備制備陶瓷、金屬以及陶瓷與金屬的混合三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。所述三維打印的熱塑材料及其應(yīng)用方法豐富了三維打印材料，拓寬了三維打印制備領(lǐng)域。
[0012]有益效果:本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，能夠使熔融沉積成型三維打印技術(shù)制備陶瓷或是陶瓷與金屬共存的三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，所述三維打印的熱塑材料及其制備方法豐富了三維打印材料，拓寬了三維打印制備領(lǐng)域。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面根據(jù)具體實(shí)施例對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0014]實(shí)施例1:
一類用于三維打印的熱塑材料的應(yīng)用:
1)取重量比為60%的氧化鋁粉體與40%加熱條件下熔融的聚乙烯混合均勻，冷卻固化獲得打印材料；
2)利用熔融沉積三維打印設(shè)備將制備好的材料打印成型，并固化；
3)將固化成型的樣品在200-600°C進(jìn)行排膠處理，除去有機(jī)成分，并在1500-1800°C進(jìn)行燒結(jié)處理，獲得所需成分、結(jié)構(gòu)的氧化鋁陶瓷。
[0015]實(shí)施例2:
一類用于三維打印的熱塑材料的應(yīng)用:
1)取重量比為99.9%的氧化鋁粉體與0.1%加熱條件下熔融的ABS混合均勻，冷卻固化獲得打印材料；
2)利用熔融沉積三維打印設(shè)備將制備好的材料打印成型，并固化；
3)將固化成型的樣品在200-600°C進(jìn)行排膠處理，除去有機(jī)成分，并在1500-1800°C進(jìn)行燒結(jié)處理，獲得所需成分、結(jié)構(gòu)的氧化鋁陶瓷。
[0016]實(shí)施例3:
一類用于三維打印的熱塑材料的應(yīng)用:
I)取重量比為68%的氮化鋁粉體與32%加熱條件下熔融的聚碳酸酯混合均勻，冷卻固化獲得打印材料；
2)利用熔融沉積三維打印設(shè)備將配好的漿料打印并固化成三維結(jié)構(gòu)；
3)將固化成型的樣品在200-600°C進(jìn)行排膠處理，除去有機(jī)成分，并在1600-1900°C進(jìn)行燒結(jié)處理，獲得所需成分、形狀的氮化鋁陶瓷。
[0017]實(shí)施例4:
一類用于三維打印的熱塑材料的應(yīng)用:
1)取重量比為87%金屬鎢粉體，3%氧化鋁粉體與10%加熱條件下熔融的聚乙烯混合均勻，冷卻固化獲得的打印的材料；
2)第二步取重量比為90%氧化鋁粉體與10%加熱條件下熔融的聚乙烯混合均勻，冷卻固化獲得打印材料；
3)利用熔融沉積三維打印設(shè)備，部分層面采用制備好的氧化鋁-聚乙烯材料打印成型并固化，部分層面采用制備好的金屬鎢-聚乙烯材料打印成型并固化；
4)將固化成型的樣品在200-600°C進(jìn)行排膠處理，除去有機(jī)成分，并在1500-1800°C進(jìn)行燒結(jié)處理，獲得形狀的氧化鋁、金屬鎢的混合三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。
[0018]實(shí)施例5:
一類用于三維打印的熱塑材料的應(yīng)用:
1)取重量比為85%氧化鎂、氧化鈣、氧化硅混合粉體與15%加熱條件下熔融的聚乙烯混合均勻，冷卻固化獲得的打印的材料；
2)取重量比為75%金粉體與25%加熱條件下熔融的聚乙烯混合均勻，冷卻固化獲得打印材料；
3)利用熔融沉積三維打印設(shè)備，部分層面采用制備好的氧化鎂、氧化鈣、氧化硅-聚乙烯材料打印成型并固化，部分層面采用制備好的金粉-聚乙烯材料打印成型并固化；
4)將固化成型的樣品在200-600°C進(jìn)行排膠處理，除去有機(jī)成分，并在800-1000°C進(jìn)行燒結(jié)處理，獲得所需成分、形狀的低溫共燒陶瓷、金屬混合三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)品；
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于三維打印的熱塑材料，其特征在于:由無機(jī)粉末和熱塑性樹脂組成，所述無機(jī)粉末占總重量60%-99.9%，所述熱塑性樹脂占總重量0.1-40% ;所述無機(jī)粉末材料為陶瓷粉末或金屬粉末或陶瓷與金屬復(fù)合粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三維打印的熱塑材料，其特征在于:所述熱塑料性樹脂為聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚甲醛、聚酰胺、聚苯醚、聚碳酸酯、ABS、聚砜、橡膠中的一種或者多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三維打印的熱塑材料，其特征在于:所述陶瓷粉末為氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鈹、粘土、碳酸鈣、氧化釔、氧化鎂、氧化硅、氧化鈣、滑石、氧化鉛、氧化鋇、氧化鉍的一種或者多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三維打印的熱塑材料，其特征在于:所述金屬粉末為金、銀、銅、鋁、鎳、鎢、鈦、鈀、鋅中的一種或者多種。
5.一類根據(jù)權(quán)利要求1~4所述的用于三維打印的熱塑材料的應(yīng)用方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)在加熱熔融質(zhì)量比為0.1-40%的熱塑性樹脂中加入質(zhì)量比為60% -99.9%陶瓷或是金屬粉末混合均勻，獲得加熱時(shí)具有流動性可打印，冷卻時(shí)可固化成型的三維打印材料； (2)利用熔融沉積成型三維打印設(shè)備將配好固化的材料熔融打印，并固化成三維結(jié)構(gòu)； (3)將制備的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)處理，除去里面的熱塑性樹脂，獲得所需成分的三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于三維打印的熱塑材料的應(yīng)用方法，其特征在于:所述高溫?zé)Y(jié)工藝包括空氣氣氛、氧化氣氛、還原氣氛或者真空環(huán)境下燒結(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一類用于三維打印的熱塑材料的應(yīng)用方法，其特征在于:所述陶瓷粉末為氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鈹、粘土、碳酸鈣、氧化釔、氧化鎂、氧化硅、氧化鈣、滑石、氧化鉛、氧化鋇、氧化鉍的一種或者多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于三維打印的熱塑材料的應(yīng)用方法，其特征在于:所述金屬粉末為金、銀、銅、鋁、鎳、鎢、鈦、鈀、鋅中的一種或者多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于三維打印的熱塑材料的應(yīng)用方法，其特征在于:所述熱塑料性樹脂為聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚甲醛、聚酰胺、聚苯醚、聚碳酸酯、ABS、聚砜、橡膠中的一種或者多種。
【文檔編號】B22F3/115GK104163634SQ201410309923
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】陳寰貝, 李永彬, 夏慶水, 戴洲 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所