本发明涉及3d打印铸造辅助材料领域，具体涉及一种3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂及其制备方法。
背景技术：
3d打印技术与机器人、互联网一起被称为第三次工业革命的主要标志。目前，已有部分工业级3d喷墨打印机应用于铸造生产服务，主要用于铸件的快速成型、翻制模具、打印模壳、砂芯等。目前德国、日本等发达国家已经将3d喷墨打印技术广泛应用于铸造行业。而在国内，3d打印技术正处于起步阶段，尤其在铸造行业，采用3d喷墨打印技术制造高端精密铸件的企业寥寥无几。随着“中国制造2025”国家战略的提出，整个中国铸造业正在加速向着智能化、信息化、高效化的方向加速发展，通过3d喷墨打印技术实现增材制造的新一代铸造方法越来越被国家关注和认可。对于拥有世界上最大规模铸造业的中国来说，研究和发展铸造3d喷墨打印技术及其配套使用的各种新型材料是非常有前景、有意义的。
目前国内外铸造企业普遍使用的铸造3d喷墨打印用粘结剂为有机树脂，如呋喃树脂。有机树脂粘结剂虽然具有优异的性能，但其居高不下的成本、树脂砂在使用过程中对环境的严重污染，及其在铸件质量控制方面的局限性等缺点，严重制约了有机树脂粘结剂在铸造3d喷墨打印领域的进一步发展。为了迎合高效、节能、环保的“绿色铸造”理念，开发出性能与有机树脂相当、环保无污染的铸造3d喷墨打印用新型材料，已然成为了铸造工作者们的共识。前苏联时期，铸造工作者们曾经试图将磷酸基无机粘结剂应用于铸造领域，但由于其只能通过加热的方式进行硬化成型，生产效率低、成本高,导致其未能大面积推广应用。同时由于铸造3d喷墨打印技术要求粘结剂系统能够实现常温快速硬化，同时还要保证短时间内的型砂强度增长。因此如何设计一种环保、能够实现常温快速硬化和快速成型的3d喷墨打印磷酸基粘结剂用的材料成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提出了一种3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂及其制备方法，打印砂型的过程为：先将该粉末固化剂与原砂材料混合均匀，再将混合后的材料一层层铺设在打印台面上，打印头按照电脑程序设计的三维模型向打印台面喷射磷酸基粘结剂，该磷酸基粘结剂与粉末固化剂发生化学反应，使得砂型实现常温快速硬化，快速成型，本发明成型为标准砂试块，达到增材制造的目的。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：本发明提出了一种3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：电熔氧化镁26%-42%、轻质氧化镁16%-26%、氢氧化镁7%-15%、氧化锌11%-19%、氢氧化锌6%-12%、氧化钙5%-15%。
同时，本发明还提出了一种3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将电熔氧化镁、轻质氧化镁、氢氧化镁、氧化锌、氢氧化锌和氧化钙用真空泵抽入混合机中，启动搅拌，搅拌60min，制得3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂；
步骤二：对制得的所述3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂进行检测；
步骤三：对检测合格的所述3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂进行包装。
进一步的，制备得到的所述3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂的可使用时间t的范围为1min≤t≤2min。
本发明至少包括以下技术效果：
1）该3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂的可使用时间为1min≤t≤2min，加入了该粉末固化剂成型后的标准砂试块在造型完成后10min左右便可脱模，同时可使用时间短、效率高、能够实现快速硬化，符合铸造3d喷墨打印使用要求；
2）该3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂加入量为30%（占粘结剂的比重）时，φ30mm*50mm的标准砂试块24h常温抗压强度达到7mpa以上，粘结强度高，并且1000℃高温后残余抗压强度低于0.5mpa，溃散性能优异，铸件后期清砂容易；
3）该3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂与原砂材料之间不发生化学反应，长时间暴露在空气中性能不发生变化，打印时未喷射到磷酸基粘结剂的混合物料（粉末固化剂与原砂材料）可循环使用，节省3d打印生产成本；
4）该3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂在生产、使用过程中无有毒有害气体产生，对人体无任何损害，绿色环保。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。总体而言，本发明提供了一种3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂及其制备方法，下面通过以下实施例来具体说明本发明的特点。
本发明提供了一种3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂，包括以下质量百分比的组分：电熔氧化镁26%-42%、轻质氧化镁16%-26%、氢氧化镁7%-15%、氧化锌11%-19%、氢氧化锌6%-12%、氧化钙5%-15%。
实施例1：一种3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂，包括质量百分比的组分如下：电熔氧化镁34%、轻质氧化镁21%、氢氧化镁11%、氧化锌15%、氢氧化锌9%、氧化钙10%。
本实施例的3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂的制备方法为：
步骤一：将340kg电熔氧化镁、210kg轻质氧化镁、110kg氢氧化镁、150kg氧化锌、90kg氢氧化锌和100kg氧化钙用真空泵抽入混合机中，启动搅拌，搅拌60min，制得3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂；
步骤二：对制得的所述3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂进行检测；
步骤三：对检测合格的所述3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂进行包装。
该3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂加入量为30%（占粘结剂的比重）时，可使用时间t=1.2min，成型后的φ30mm*50mm的标准砂试块24h常温抗压强度为7.85mpa，1000℃高温后残余抗压强度为0.38mpa。
实施例2：一种3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂，包括质量百分比的组分如下：电熔氧化镁38%、轻质氧化镁20%、氢氧化镁12%、氧化锌13%、氢氧化锌9%、氧化钙8%。
本实施例的3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂的制备方法为：
步骤一：将380kg电熔氧化镁、200kg轻质氧化镁、120kg氢氧化镁、130kg氧化锌、90kg氢氧化锌和80kg氧化钙用真空泵抽入混合机中，启动搅拌，搅拌60min，制得3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂；
步骤二：对制得的所述3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂进行检测；
步骤三：对检测合格的所述3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂进行包装。
该3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂加入量为30%（占粘结剂的比重）时，可使用时间t=1.4min，成型后的φ30mm*50mm的标准砂试块24h常温抗压强度为7.63mpa，1000℃高温后残余抗压强度为0.32mpa。
实施例3：一种3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂，包括质量百分比的组分如下：电熔氧化镁40%、轻质氧化镁24%、氢氧化镁9%、氧化锌12%、氢氧化锌8%、氧化钙7%。
本实施例的3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂的制备方法为：
步骤一：将400kg电熔氧化镁、240kg轻质氧化镁、90kg氢氧化镁、120kg氧化锌、80kg氢氧化锌和70kg氧化钙用真空泵抽入混合机中，启动搅拌，搅拌60min，制得3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂；
步骤二：对制得的所述3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂进行检测；
步骤三：对检测合格的所述3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂进行包装。
该3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂加入量为30%（占粘结剂的比重）时，可使用时间t=1.5min，成型后的φ30mm*50mm的标准砂试块24h常温抗压强度为7.88mpa，1000℃高温后残余抗压强度为0.37mpa。
实施例4：一种3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂，包括质量百分比的组分如下：电熔氧化镁32%、轻质氧化镁22%、氢氧化镁13%、氧化锌16%、氢氧化锌8%、氧化钙9%。
本实施例的3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂的制备方法为：
步骤一：将320kg电熔氧化镁、220kg轻质氧化镁、130kg氢氧化镁、160kg氧化锌、80kg氢氧化锌和90kg氧化钙用真空泵抽入混合机中，启动搅拌，搅拌60min，制得3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂；
步骤二：对制得的所述3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂进行检测；
步骤三：对检测合格的所述3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂进行包装。
该3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂加入量为30%（占粘结剂的比重）时，可使用时间t=1.6min，成型后的φ30mm*50mm的标准砂试块24h常温抗压强度为7.45mpa，1000℃高温后残余抗压强度为0.29mpa。
实施例5：一种3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂，包括质量百分比的组分如下：电熔氧化镁36%、轻质氧化镁23%、氢氧化镁11%、氧化锌16%、氢氧化锌7%、氧化钙7%。
本实施例的3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂的制备方法为：
步骤一：将360kg电熔氧化镁、230kg轻质氧化镁、110kg氢氧化镁、160kg氧化锌、70kg氢氧化锌和70kg氧化钙用真空泵抽入混合机中，启动搅拌，搅拌60min，制得3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂；
步骤二：对制得的所述3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂进行检测；
步骤三：对检测合格的所述3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂进行包装。
该3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂加入量为30%（占粘结剂的比重）时，可使用时间t=1.7min，成型后的φ30mm*50mm的标准砂试块24h常温抗压强度为7.91mpa，1000℃高温后残余抗压强度为0.41mpa。
本发明至少包括以下技术效果：该3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂的可使用时间为1min≤t≤2min，加入了该粉末固化剂成型后的标准砂试块在造型完成后10min左右便可脱模，同时可使用时间短、效率高、能够实现快速硬化，符合铸造3d喷墨打印使用要求；该3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂加入量为30%（占粘结剂的比重）时，φ30mm*50mm的标准砂试块24h常温抗压强度达到7mpa以上，粘结强度高，并且1000℃高温后残余抗压强度低于0.5mpa，溃散性能优异，铸件后期清砂容易；该3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂与原砂材料之间不发生化学反应，长时间暴露在空气中性能不发生变化，打印时未喷射到磷酸基粘结剂的混合物料（粉末固化剂与原砂材料）可循环使用，节省3d打印生产成本；该3d喷墨打印磷酸基粘结剂用粉末固化剂在生产、使用过程中无有毒有害气体产生，对人体无任何损害，绿色环保。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，仅为本发明的较佳实施例，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。