[发明专利]用于金属3DP工艺的粘结剂及其制备方法

说明书

本发明提出了用于金属3DP工艺的粘结剂及制备方法。粘结剂的组分按质量份包括：基料80～99份、表面活性剂1～10份、催化剂1～5份、润滑剂1～5份；表面活性剂包括分散剂与润湿剂，分散剂为聚山梨酯、山梨醇酐单硬脂酸酯、聚乙烯醇和聚乙二酸中的至少一种，润湿剂为硬脂酸甲酯、硬脂酸正丁酯、硬脂酸辛酯和硬脂酸甘油酯中的至少一种，将基料、润湿剂、分散剂、润滑剂按照上述比例混合均匀后制得所述粘结剂。本发明通过优化粘结剂的配方，改善了粘结剂的润湿性、粘度和流动性，有效控制了材料的烧结收缩率，对成型的尺寸精度控制范围可以达到0.1％～3％，并且降低了脱脂的难度。

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及金属3DP工艺的粘结剂及其制备方法。

背景技术

三维印刷(Three-Dimension Printing，3DP)又称粘结剂喷射(Binder Jetting，BJ)，该技术基于微滴喷射原理，利用喷头选择性喷射液体粘结剂(和固化剂)，将离散粉末材料逐层按路径打印(堆积)成型，从而获得所需制件。其中用于打印头喷射的粘结剂(和固化剂)要求性能稳定，能长期储存，对喷头无腐蚀，低毒环保，粘度低，表面张力适宜，以便按预期的流量从喷头中喷出，且不易干涸，并延长喷头抗堵塞时间等一系列要求。因此，要达到液体粘结剂所需条件，满足最终打印产品的各种性能要求，针对不同的粘结剂类型，常常需要在其中添加促凝剂、增流剂、保湿剂、润滑剂、pH调节剂等多种发挥不同作用的添加剂。

目前采用金属粉末进行3DP工艺存在以下缺点：1、利用3DP技术打印出的金属制品只能通过粉末粘结，受粘结剂材料限制，打印烧结后的成品致密度较低；2、喷头对喷射液体粘度和表面张力范围、兼容性等的严格要求，很大程度上也限制了3D打印技术使用粘结剂的范围。这使得金属3DP制造工艺对粘结剂的要求也越来越高，因而要求人们对原有的粘结剂性能进行改善并不断开发出新型粘结剂。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种用于金属3DP工艺的粘结剂及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

提出了一种用于金属3DP工艺的粘结剂，所述粘结剂的组分按质量份包括：基料80～99份、表面活性剂1～10份、催化剂1～5份、润滑剂1～5份；所述表面活性剂包括分散剂与润湿剂，所述分散剂为聚山梨酯、山梨醇酐单硬脂酸酯、聚乙烯醇和聚乙二酸中的至少一种，所述润湿剂为硬脂酸甲酯、硬脂酸正丁酯、硬脂酸辛酯和硬脂酸甘油酯中的至少一种。

优选地，所述基料为丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和N-羟甲基丙烯酰胺中的至少一种。

优选地，所述润滑剂为液相石蜡、聚乙烯蜡、聚氧乙烯蜡、聚丙烯蜡和聚酯蜡中的至少一种。

优选地，所述催化剂为1-甲基咪唑、1，2-二甲基咪唑和N，N-二甲基苄胺中的一种或两种。

本发明还提供了上述粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将基料、表面活性剂和润滑剂混合均匀；

步骤二、向步骤一混合均匀后的混合物中加入催化剂并搅拌均匀，即制得所述粘结剂。

优选地，步骤一中，采用超声振动法将基料、表面活性剂和润滑剂混合均匀。

优选地，超声振动前先对基料、表面活性剂和润滑剂进行机械搅拌。

上述所用的润湿剂与分散剂均属于表面活性剂。表面活性剂中含有羧基、羟基、脂基、聚乙烯共聚物等结构，可以有效的提高粘结剂与金属粉末之间的湿润性，有效地改变固体表面性质，降低粉末的表面官活化能，促进粘结剂在粉末表面的铺展。表面活性剂在粘结剂和合金粉末之间起到桥梁的作用，其亲水性基团与合金粉末结合，疏水基团与粘结剂结合，提高粘结剂与粉末的作用效果。同时，加入表面活性剂可以减少粘结剂与金属粉末的分离，提高粘结剂在合金粉末上的包覆效果。