[发明专利]一种用于3D打印的碳化硬化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于3D打印的碳化硬化材料及其制备方法和应用。其原料按重量份数计为：高活性硅酸钙混合矿物：100份；水：37‑39份；粘结剂：9‑9.8份；保水剂：0.2‑1份。本发明采用高碳化活性硅酸钙粉末用作3D打印材料，其制备工艺简单、生产成本低、性质稳定、易存放，又具有低碳环保等优势。本发明所制备的3D打印材料具有制备工艺简单，易成型，性质稳定的优势。本发明所制备的3D打印材料所应用的成型技术，成型工艺简单，条件易实现，且最后成型制品力学性能优良。经过后期碳化处理，制品的抗压强度≧45MPa。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种用于3D打印的碳化硬化材料及其制备方法和应用。

背景技术

3D打印是近年来新兴起的一种快速成型技术，3D打印技术的迅速发展也推动了快速成型技术得到了更为广泛的应用，使人类的思维跳跃出传统成型方式的条框，掀起了一场制造业的革命。在3D打印技术的发展中，成型方式与材料选择具有极强的相互依赖性，因此也成为制约3D打印技术发展的首要问题。3D打印成型技术目前主要分为光固化成型法、激光选区烧结法、熔融沉积法、直写成型法、叠层实体制造法等几种常用的成型方式，其中直写成型法因为其更广泛的材料适用性、简易的操作性等得到了广泛的应用，尤其在陶瓷、水泥、石膏等以浆体成型为主的材料打印中起到了至关重要的作用。

目前应用于直写成型法的材料如上述主要为陶瓷基、水泥基及石膏基等材料，如公开号为106810201A的“单组份陶瓷3D打印挤出成型材料及其使用方法”，以陶泥为基体，以仙水、水玻璃、羧甲基纤维素、减水剂为添加剂，加水将材料搅拌制成膏体状，然后进行3D打印及坯体后处理。该种类似技术的缺点在于，打印成型后仍需较为复杂的后期处理工艺，且后期处理工艺例如烧结等环节严重影响了其打印精度。又如公开号为105481329A的“3D打印石膏油墨及其制备方法”，以石膏粉为基体，加入其他填料以及促凝剂、改性剂、固化剂、颜料混合制成3D打印石膏油墨。该种技术的缺点在于打印成品强度低，限制了其成品的应用范围。开发一种新型直写型3D打印材料，使其满足成型工艺简单，成品强度高，可应用范围广泛的要求成为目前亟待解决的热点问题。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种用于3D打印的碳化硬化材料及其制备方法和应用。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种用于3D打印的碳化硬化材料，其原料按重量份数计为：

高活性硅酸钙混合矿物：100份；

水：37-39份；

粘结剂：9-9.8份；

保水剂：0.2-1份。

按上述方案，所述高活性硅酸钙混合矿物含有60-80wt％γ型硅酸二钙和20-40wt％硅酸一钙；所述高活性硅酸钙混合矿物粉体粒径为2-10微米。

按上述方案，所述粘结剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、水性聚氨酯、乙烯-乙酸乙烯共聚物中的一种或任意混合。

按上述方案，所述保水剂为羧甲基纤维素。

上述用于3D打印的碳化硬化材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将高活性硅酸钙混合矿物放入球磨机中研磨数小时，使粒度达到2-10微米；

2)加入粘结剂、保水剂和水搅拌混合均匀，将所得的浆体用振动器振实10-20min排出气泡；

3)用保鲜膜包覆并放入保湿器中均化24h，使浆体中各组分充分吸水并相互粘结。

上述用于3D打印的碳化硬化材料的应用，包括以下步骤：