本發(fā)明屬于增材制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙重固化體系粘接劑的陶瓷零件3d打印方法。

背景技術(shù)：

陶瓷粉末3d打印(3dp)是一種新型的陶瓷零件成形方法，它具有“粘接劑噴射”和“粉床”兩個(gè)特點(diǎn)，其主要是通過控制噴頭選擇性的噴射粘接劑粘接陶瓷粉末，形成一層截面薄層，待一層掃描噴射結(jié)束后，工作臺(tái)下降一層厚度，重新鋪上一層新的陶瓷粉末，繼續(xù)選擇性的噴射粘接劑，再形成一個(gè)截面薄層，同時(shí)薄層也將與已成形零件粘接在一起，從而實(shí)現(xiàn)逐層堆積成形零件。零件成形完畢后，再通過一些后處理工藝，如脫脂、致密化、高溫強(qiáng)化燒結(jié)等，最終獲得高強(qiáng)度致密化的陶瓷零件。

與其它具有“粉末床”的3d打印技術(shù)如選擇性激光燒結(jié)和選擇性激光熔化技術(shù)相比，粉末3d打印工藝主要是利用粘接劑而不是通過燒結(jié)或燒熔的方式將粉末粘結(jié)成形，因此粘接劑的特性是決定陶瓷零件成形特性的一個(gè)最重要的因素。在粉末3d打印工藝中，粘接劑的功用是將粉體膠合產(chǎn)生結(jié)合力使之成型。粘接劑通常要具有性能穩(wěn)定、耐儲(chǔ)存、對(duì)噴頭無腐蝕性、低黏度以及適宜的表面張力等特性。粘接劑通?？梢苑譃槿箢悾阂弧⒈旧砭哂姓辰幼饔玫囊后w粘接劑，此類粘結(jié)劑可以制成墨水，采用噴頭將其噴射至粉床特定區(qū)域，通過液體的潤濕和粘接作用使粉末粘接成形，待粘接劑固化、干燥后即可得到成形的陶瓷零件素坯；二、雙組份粘結(jié)劑，其中一個(gè)組分的粘結(jié)劑與粉體混合鋪于粉床上，另外一個(gè)組分的觸發(fā)劑置于噴頭中，當(dāng)噴頭將墨水觸發(fā)劑噴射到指定區(qū)域時(shí)，粉床上的粘結(jié)劑在觸發(fā)劑的作用下發(fā)生固化反應(yīng)，粘結(jié)基體陶瓷粉末，從而得到成型的陶瓷零件素坯；三、本身可以與粉末反應(yīng)固化的粘接劑，此類粘接劑中通常會(huì)含有誘發(fā)粉末固化的成分，噴嘴將粘接劑噴射在粉末上，粘接劑中的誘發(fā)成分就會(huì)誘導(dǎo)粉末發(fā)生固化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)粘接成形。

然而現(xiàn)有的陶瓷粉末粘接劑面臨著幾個(gè)亟待解決的問題：

一、目前陶瓷粉末粘接劑主要是單組分揮發(fā)型的粘接劑，揮發(fā)型粘接劑噴在粉末表面需要較長時(shí)間來進(jìn)行干燥，待溶劑完全揮發(fā)才能發(fā)生固化粘接成形，成型效率低，同時(shí)粘接劑在干燥固化干燥過程中，由于所需時(shí)間較長會(huì)與非選區(qū)粉末發(fā)生相互滲透影響，降低了成形精度。其次，在打印過程中，揮發(fā)型粘接劑會(huì)在噴嘴處發(fā)生揮發(fā)，導(dǎo)致粘接劑固化堵塞噴嘴；

二、普通的粘接劑通常采用都含有水分，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)具有水溶性的陶瓷粉末進(jìn)行粘接成形，例如氧化鈣、氧化鎂、氮化鋁等易發(fā)生水解的陶瓷粉末進(jìn)行粘接成型；

三、普通的粘接劑，尤其是水基的粘接劑，其表面張力都較大，在陶瓷素坯固化干燥過程中會(huì)引起較大的變形收縮或者翹曲變形，從而影響到陶瓷零件的形狀精度。

因此，發(fā)明一種性質(zhì)穩(wěn)定、固化效率高、干燥固化收縮變形小，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水溶性陶瓷粉末有效粘接的粘接劑對(duì)陶瓷材料3d打印方法具有很重要的價(jià)值與意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種基于雙重固化體系粘接劑的陶瓷零件3d打印方法，其固化效率高，成型坯體強(qiáng)度大，噴嘴不易堵塞，且干燥收縮小，成形精度高。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明包括以下步驟：

步驟一，根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，將80％～90％的光敏樹脂作為粘接劑基體材料，加入10％～20％的改性劑進(jìn)行粘接劑的改性，添加0％～5％的光引發(fā)劑提高粘接劑的光固化速率，添加0％～5％的著色劑進(jìn)行粘接劑的著色，構(gòu)成第一重固化體系；

步驟二，采用80％～90％的環(huán)氧樹脂作為粘接劑基體材料，加入10％～20％的改性劑進(jìn)行粘接劑的改性，作為雙組份固化的組分一，采用環(huán)氧樹脂低溫快速固化劑作為雙組份固化的組分二，構(gòu)成第二重固化體系；

步驟三，將需要成形的陶瓷材料粉末進(jìn)行顆粒級(jí)配，并加入0％～5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的礦化劑和0％～5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增強(qiáng)用短切纖維，并將其均勻混合；

步驟四，對(duì)待制造的陶瓷零件建立三維cad模型，并建立分層和掃描路徑的數(shù)據(jù)，導(dǎo)入陶瓷粉末3d打印設(shè)備；

步驟五，利用步驟一中的粘接劑和步驟二中制備的陶瓷粉末進(jìn)行3d打印成形，打印完成后去除未粘接粉末，獲得雙重固化體系粘接劑粘接成形的陶瓷零件素坯；

步驟六，根據(jù)陶瓷材料組分，對(duì)陶瓷零件素坯脫脂和預(yù)燒結(jié)；

步驟七，對(duì)脫脂預(yù)燒結(jié)后的陶瓷零件坯體進(jìn)行致密化處理；

步驟八，對(duì)致密化處理后的陶瓷零件再進(jìn)行高溫強(qiáng)化燒結(jié)，獲得高強(qiáng)度致密陶瓷零件。

所述步驟一中，光敏樹脂改性劑為甲醇或乙醇，著色劑為有機(jī)墨水；

所述步驟二中，環(huán)氧樹脂改性劑為叔丁醇或乙二醇，低溫快速固化劑為聚硫醇。

所述步驟三中，陶瓷粉末粒度為300目～1200目，增強(qiáng)用短切纖維的長度為0.5mm～2mm。

所述步驟三中，礦化劑為陶瓷材料所對(duì)應(yīng)的燒結(jié)助劑。

所述步驟五中，打印過程中噴嘴在計(jì)算機(jī)的控制下按照所需路徑噴射雙重固化體系粘接劑將陶瓷粉末粘接成形，第一噴頭中噴射的混合粘接劑中的光固化粘接劑在上方紫外光的照射下發(fā)生固化，同時(shí)第二噴頭中噴射的低溫快速固化劑與第一噴頭中的環(huán)氧樹脂固化劑再次發(fā)生固化，形成雙重固化，最終成形為所需陶瓷零件素坯。

所述步驟六中，陶瓷素坯脫脂和預(yù)燒結(jié)工藝為大氣脫脂預(yù)燒結(jié)或真空脫脂預(yù)燒結(jié)。

所述步驟七中，陶瓷坯體致密化處理工藝采用反應(yīng)熔滲或化學(xué)氣相沉積工藝。

所述步驟八中，高溫強(qiáng)化燒結(jié)工藝采用熱等靜壓燒結(jié)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、第一重固化體系中，光敏樹脂基的粘接劑在紫外光的照射下很快就會(huì)發(fā)生固化將粉末粘接成形，固化效率高，且該光敏樹脂基粘接劑在見到紫外光才會(huì)固化，粘接劑在噴嘴中由于不會(huì)見到紫外光，因此不會(huì)發(fā)生固化堵塞打印噴嘴；

2、第二重固化體系中，環(huán)氧樹脂基粘接劑在固化觸發(fā)劑聚硫醇的加入下也可以快速發(fā)生固化，且環(huán)氧樹脂與聚硫醇觸發(fā)劑是在不同的噴嘴中，由于兩組分不會(huì)產(chǎn)生接觸，因此不會(huì)觸發(fā)粘接劑的固化堵塞噴嘴；

3、雙重固化體系的粘接劑均為樹脂基粘接劑，在配制過程中始終沒有水的加入，因此可以用來3d打印成形水溶性陶瓷粉末；

4、樹脂基粘接劑固化后強(qiáng)度較高，且樹脂的表面張力較小，在干燥固化過程中收縮變形小，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的翹曲變形，提高了成型陶瓷零件的尺寸精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原理圖；

圖2為本發(fā)明的流程圖；

圖中，1、紫外光燈；2、紫外光；3、光敏樹脂基和環(huán)氧樹脂基混合粘接劑；4、鋪粉輥；5、粉缸；6、第一噴嘴；7、第二噴嘴；8、聚硫醇觸發(fā)劑；9、成型件；10、陶瓷粉末；11、升降臺(tái)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

本發(fā)明提供的一種基于光固化粘接劑的al2o3陶瓷零件3d打印方法，具體內(nèi)容如下：

1)采用85％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的光敏樹脂作為粘接劑基體材料，加入10％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乙醇改性劑進(jìn)行粘接劑的改性，添加3％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的光引發(fā)劑提高粘接劑的光固化速率，添加2％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的著色劑進(jìn)行粘接劑的著色，配制出第一重固化體系的光敏樹脂基粘接劑；

2)采用90％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的環(huán)氧樹脂作為粘接劑基體材料，加入10％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乙二醇改性劑進(jìn)行粘接劑的改性，作為雙組份固化的組分一，采用聚硫醇(環(huán)氧樹脂低溫快速固化劑)作為雙組份固化的組分二，構(gòu)成第二重固化體系；

3)將光敏樹脂基粘接劑與改性后的環(huán)氧樹脂粘接劑混合后，加入第一噴嘴中，將聚硫醇觸發(fā)劑加入第二噴嘴中；

4)將40μm、20μm和5μm的al2o3粉末按照50：35：15的質(zhì)量比進(jìn)行顆粒級(jí)配，再向級(jí)配后的陶瓷材料粉末加入5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米sio2和5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的短切al2o3纖維，并將其均勻混合；

5)對(duì)待制造的陶瓷零件建立三維cad模型，并建立分層和掃描路徑的數(shù)據(jù)，導(dǎo)入陶瓷粉末3d打印設(shè)備；

6)利用步驟1)中的粘接劑和步驟2)中制備的陶瓷粉末進(jìn)行3d打印成形，打印完成后去除未粘接的al2o3粉末，獲得雙重固化粘接劑粘接成形的al2o3陶瓷零件素坯；

7)對(duì)成型的al2o3陶瓷零件素坯進(jìn)行950℃大氣脫脂預(yù)燒結(jié)；

8)對(duì)脫脂預(yù)燒結(jié)后的al2o3陶瓷零件坯體進(jìn)行浸漬兩次硅溶膠處理；

9)對(duì)致密化處理后的al2o3陶瓷零件在大氣中進(jìn)行1350℃高溫強(qiáng)化燒結(jié)，獲得高強(qiáng)度致密al2o3陶瓷零件。

實(shí)施例2

本發(fā)明提供的一種基于光固化粘接劑的cao-mgo復(fù)合陶瓷零件3d打印方法，具體內(nèi)容如下：

1)采用85％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的光敏樹脂作為粘接劑基體材料，加入10％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乙醇改性劑進(jìn)行粘接劑的改性，添加3％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的光引發(fā)劑提高粘接劑的光固化速率，添加2％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的著色劑進(jìn)行粘接劑的著色，配制出第一重固化體系的光敏樹脂基粘接劑；

2)采用90％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的環(huán)氧樹脂作為粘接劑基體材料，加入10％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乙二醇改性劑進(jìn)行粘接劑的改性，作為雙組份固化的組分一，采用聚硫醇(環(huán)氧樹脂低溫快速固化劑)作為雙組份固化的組分二，構(gòu)成第二重固化體系；

3)將光敏樹脂基粘接劑與改性后的環(huán)氧樹脂粘接劑混合后，加入第一噴嘴中，將聚硫醇觸發(fā)劑加入第二噴嘴中；

4)將40μm、20μm的cao粉末和5μm的mgo粉末按照50：35：15的質(zhì)量比進(jìn)行顆粒級(jí)配，再向級(jí)配后的陶瓷材料粉末加入5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米zro2和5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的短切zro2纖維，并將其均勻混合；

5)對(duì)待制造的陶瓷零件建立三維cad模型，并建立分層和掃描路徑的數(shù)據(jù)，導(dǎo)入陶瓷粉末3d打印設(shè)備；

6)利用步驟1)中的粘接劑和步驟2)中制備的陶瓷粉末進(jìn)行3d打印成形，打印完成后去除未粘接的cao-mgo粉末，獲得雙重固化粘接劑粘接成形的cao-mgo陶瓷零件素坯；

7)對(duì)成型的cao-mgo陶瓷零件素坯進(jìn)行1200℃脫脂預(yù)燒結(jié)；

8)對(duì)脫脂預(yù)燒結(jié)后的cao-mgo陶瓷零件坯體進(jìn)行熔滲反應(yīng)滲鎂；

9)對(duì)滲鎂處理后的cao-mgo陶瓷零件在真空中進(jìn)行1550℃高溫強(qiáng)化燒結(jié)，獲得高強(qiáng)度致密cao-mgo陶瓷零件。

實(shí)施例3

本發(fā)明提供的一種基于光固化粘接劑的sic復(fù)合陶瓷零件3d打印方法，具體內(nèi)容如下：

1)采用85％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的光敏樹脂作為粘接劑基體材料，加入10％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乙醇改性劑進(jìn)行粘接劑的改性，添加3％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的光引發(fā)劑提高粘接劑的光固化速率，添加2％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的著色劑進(jìn)行粘接劑的著色，配制出第一重固化體系的光敏樹脂基粘接劑；

2)采用90％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的環(huán)氧樹脂作為粘接劑基體材料，加入10％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乙二醇改性劑進(jìn)行粘接劑的改性，作為雙組份固化的組分一，采用聚硫醇(環(huán)氧樹脂低溫快速固化劑)作為雙組份固化的組分二，構(gòu)成第二重固化體系；

3)將光敏樹脂基粘接劑與改性后的環(huán)氧樹脂粘接劑混合后，加入第一噴嘴中，將聚硫醇觸發(fā)劑加入第二噴嘴中；

4)將40μm、20μm和5μm的sic粉末按照50：35：15的質(zhì)量比進(jìn)行顆粒級(jí)配，再向級(jí)配后的陶瓷粉末5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的短切sic纖維，并將其均勻混合；

5)對(duì)待制造的陶瓷零件建立三維cad模型，并建立分層和掃描路徑的數(shù)據(jù)，導(dǎo)入陶瓷粉末3d打印設(shè)備；

6)利用步驟1)中的粘接劑和步驟2)中制備的陶瓷粉末進(jìn)行3d打印成形，打印完成后去除未粘接的sic粉末，獲得雙重固化粘接劑粘接成形的陶瓷零件素坯；

7)對(duì)成型的sic陶瓷零件素坯進(jìn)行1000℃真空脫脂預(yù)燒結(jié)；

8)對(duì)脫脂預(yù)燒結(jié)后的sic陶瓷零件坯體進(jìn)行氣相沉積致密化處理；

9)對(duì)氣相沉積處理后的sic陶瓷零件再進(jìn)行1450℃熱等靜壓高溫強(qiáng)化燒結(jié)，獲得高強(qiáng)度致密sic陶瓷零件。