[发明专利]一种温度诱导固化陶瓷3D打印成型的方法及应用

说明书

本发明涉及陶瓷制作领域，具体涉及一种温度诱导固化陶瓷3D打印成型的方法及应用。包括配置膏料、3D打印与诱导固化步骤，在配置膏料时，以陶瓷粉重量为基准，混入1～4％角叉菜胶粉；在诱导固化时，将已打印出的膏料置于60～70℃环境中。本发明在保证膏料的连续性和精确成型能力的情况下，可以实现快速固化的目的，且打印体无明显缺陷，未发生明显变形。本发明的方法简单高效且易实现，有利于3D打印技术在陶瓷领域的推广与应用。

技术领域

本发明涉及陶瓷制作领域，具体涉及一种温度诱导固化陶瓷3D打印成型的方法及应用。

背景技术

随着现在科技的迅速发展，作为三大基本材料之一的陶瓷材料-高性能陶瓷部件的应用研究成为发展研究重点项目之一，而陶瓷3D打印技术具有成型速度快、可打印复杂部件、产品自由个性化、成本低等优势，使得陶瓷3D打印技术成为重点中的热点研究项目。尤其是形状复杂、尺寸特异的陶瓷部件制作技术，其突破口就在陶瓷3D打印技术的开发。在陶瓷3D打印时，快速固化打印的陶瓷浆料是精确成型的核心技术，目前工业中较常用的是采用光固化成型技术，在陶瓷浆料中混有一定含量的光敏树脂，再利用紫外光照射从而达到快速固化的目的，但光敏树脂一般成本昂贵，而且目前仅对氧化物陶瓷有效，所以其应用具有一定的限制。

自由挤出陶瓷3D打印的方法具有经济高效，绿色环保，产品形状自由个性化等优势，与其他的快速成型技术相比，挤出成型式3D打印技术通过改变温度进行成型，不需要紫外光、激光辐射等条件，通过采用水基溶剂，拓宽了快速成型技术的应用领域。但是，现有的自由挤出陶瓷3D打印的方法中还存在固化速度慢、打印体受重力作用容易变形、坍塌等问题，从而容易造成陶瓷素坯变形，影响器件的近净尺寸成型。目前自由挤出陶瓷3D打印的固化方法一般都是采用提高浆料的固含量，当高固含量的浆料挤出后，通过自然干燥(水分蒸发)从而实现固化的目的，该方法的固化速率一般较慢不易掌控。另外，快速固化所需的高固含量浆料容易造成打印的细喷嘴堵塞，导致打印过程中堵塞和不连续性问题，严重影响了产品精确成型。因此，目前自由挤出陶瓷3D打印技术难点较多，工业推广较为困难。

经查，现有期刊《Ceramics International》43(2017)13938-13942报到3D gel-printing of zirconia ceramic parts,该方法是在3D打印挤出过程中，混入交联剂和引发剂，使挤出打印出的陶瓷浆料形成凝胶，从而实现浆料的固化。但是该方法形成凝胶的速率不易掌控，一般室温下形成凝胶需要30分钟以上的时间，从而不利于陶瓷浆料的快速固化，该方法打印的效率不够高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可以快速固化、同时减少堵塞和不连续性的温度诱导固化陶瓷3D打印成型的方法及应用。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种温度诱导固化陶瓷3D打印成型的方法，包括配置膏料、3D打印与诱导固化步骤，在配置膏料时，以陶瓷粉重量为基准，混入1～4％角叉菜胶粉；在诱导固化时，将已打印出的膏料置于60～70℃环境中。

本发明膏料所添加的有机添加剂成分与含量少，角叉菜胶粉在室温下未溶解且均匀参杂在陶瓷膏料中，膏料呈现非牛顿流体所具有的剪切变稀现象，膏料初始的粘度较大，在3D过程中膏料被螺纹旋转而挤出，螺纹旋转对膏料进行了剪切作用，使膏料的粘度在一定转速的剪切下变稀了，有利于细孔喷头的挤出，从而避免了一定程度的喷嘴堵塞现象。

在膏料被挤出打印后，控制温度在60-70℃，由于角叉菜胶粉在水中的溶解度在65℃附近，且在该温度下溶解前会产生溶胀现象。这种特性会导致膏料中的角叉菜胶粉迅速的产生溶胀吸水现象，溶胀过程中，膏料中的溶剂水分子会大量的进入螺旋缠绕的角叉菜胶分子链中去，从而导致膏料中的自由水分子减少，膏料由于自由水分的急剧减少会迅速的发生凝固现象而固化。

尤其当混入1～4％角叉菜胶粉时，在膏料的连续性和快速固化性能上可以达到很好的平衡。