[发明专利]3D打印陶瓷零件所用材料及工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷零件制造技术，具体涉及3D打印陶瓷零件所用材料及工艺。

背景技术

现有技术中制备陶瓷零件的方法主要是首先将陶瓷粉体和粘结剂按照一定比例混合调制成浆料，再将浆料注入特定模具中成型得到粗坯，之后利用如激光、高温等各种方法将粗坯进行固相烧结得到陶瓷零件。该方法一方面需要按照零件的具体设计制作模具，不适合小批量生产，而且制作复杂零件的模具需要大量的人工成本和材料成本，制作的零件形状也受到较大限制。再者由于模具结构与零件结构为一一对应关系，在零件制作完成后模具就不再具备使用价值，这样就产生大量难以重复利用的模具废料。

另一方面，由于在固相烧结的过程中将大部分粘结剂封闭在陶瓷内部，导致陶瓷零件含有较多的杂质，从而影响陶瓷零件的整体硬度。

发明内容

本发明针对现有技术中制作模具效率低下，固相烧结后的陶瓷零件含有较多杂质的问题，提出一种利用3D打印技术形成陶瓷粗坯，且通过加入粒度不同的陶瓷粉体，使之在第一次烧结中形成用于粘结剂溢出的蒸发空隙的3D打印陶瓷零件所用材料及工艺。

本发明的技术方案如下：

一种3D打印陶瓷零件所用材料，其特征在于：包括低温粘结剂、中温粘结剂和陶瓷粉，其中所述低温粘结剂、中温粘结剂和陶瓷粉被预制成颗粒，所述颗粒的粒度范围在φ0.5～φ3.0mm。

所述颗粒的包括大粒度的大颗粒和小粒度的小颗粒，所述大颗粒与小颗粒的比例为15/65～25/55。

所述比例为20/60。

所述大颗粒的粒度为150～300目，小颗粒的粒度为400～600目。

所述陶瓷粉与低温粘结剂的体积比为40/60～60/40，质量比为75/25～90/10。

所述陶瓷粉与低温粘结剂的体积比为50/50，质量比为80/20。

所述低温粘结剂为适当熔点塑料，所述中温粘结剂为无机硅酸盐。

一种使用上述3D打印陶瓷零件所用材料的3D打印陶瓷零件工艺，其步骤包括：

1）配制包括低温粘结剂、中温粘结剂和陶瓷粉的打印材料的颗粒；

2）使用基于热溶解积层法的3D打印设备将所述打印材料制成粗坯；

3）对所述粗坯进行中温烧结，通过所述颗粒之间形成的蒸发空隙，蒸发粗坯中的低温粘结剂，得到一次烧结件；

4）对所述一次烧结件进行高温烧结，得到陶瓷零件。

所述中温烧结的温度为500～600℃。

所述高温烧结的温度为1650～1680℃。

本发明的技术效果如下：

本发明的3D打印陶瓷零件所用材料包括低温粘结剂、中温粘结剂和陶瓷粉，其中低温粘结剂、中温粘结剂和陶瓷粉被预制成颗粒。由于经过3D打印生成的粗坯在烧结过程中，需要将低温粘结剂蒸发掉，而相对于使用未被颗粒化的打印材料的现有技术，本发明通过颗粒构成的疏松结构，为低温粘结剂提供溢出的蒸发缝隙。特别是当使用粒度不同的颗粒时，大小颗粒形成支撑结构，更利于低温粘结剂的升华溢出，使一次烧结件中残留的低温粘结剂更少。而在高温烧结时，固相反应使得陶瓷粉融合而弥补了蒸发缝隙的空间，虽然最终得到的陶瓷零件的体积会比粗坯稍有缩减，但这使得陶瓷零件的结构更加致密紧凑，硬度更高。

附图说明

图1是本发明实施例的流程示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

3D打印先通过计算机辅助设计（CAD）建立软件三维模型，再将建成的三维模型分区成逐层的截面，从而指导打印设备进行逐层打印。本发明利用基于热溶解积层法的3D打印设备，将按照一定比例混合有粘结剂的陶瓷粉作为打印材料，通过逐层打印的方式来实现与三维模型一致的零件粗坯的空间立体几何形态。通过中温烧结使零件粗坯脱脂得到一次烧结件，之后将一次烧结件进行高温烧结，最终得到陶瓷零件。其具体步骤包括：

1）配制打印材料：