一种使用光敏溶胶粘结剂的粉末3d打印方法
【专利摘要】一种使用光敏溶胶粘结剂的粉末3D打印方法，采用光敏溶胶粘结剂，其中溶胶是硅溶胶、钇溶胶、纳米碳溶胶、纳米铝溶胶或纳米钛溶胶，光敏溶胶粘结剂中含有紫外光引发剂、交联剂，在紫外光源下发生交联反应，从而使该粘结剂迅速固化、粘结粉末；而且，该光敏粘结剂在见到紫外光时才会发生反应，因此在喷印头中不会固化粘结，不容易堵塞喷印头；同时，依靠溶胶作为主要成分进行粉末粘结，在后处理的烧结过程中，零件内会产生大量的类似Si-O键、C-O键等化学键进行相互的联接，因此，零件的强度大大提高，收缩率也有所减小；并且，光敏溶胶粘结剂在成型件上溶于水，易于清洗，且环保无污染。
【专利说明】一种使用光敏溶胶粘结剂的粉末3D打印方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及粉末3D打印【技术领域】，具体涉及一种使用光敏溶胶粘结剂的粉末3D打印方法。
【背景技术】
[0002]粉末3D打印(3DP)是一种利用微滴喷射、粉末粘结技术的3D打印方法。喷头在计算机控制下，按照当前分层截面的信息，在事先铺好的一层粉末材料上，有选择性地喷射粘结剂，使部分粉末粘结，形成一层截面薄层；一层成形完后，工作台下降一个层厚，进行下一层的铺粉，继而选区喷射粘结剂，成形薄层同时也会与已成形零件粘为一体；不断循环此过程，直至零件加工完为止；通常所成形的零件还需要一定的后处理，如干燥、烧结等，从而得到最后的零件。
[0003]然而，现有的粉末3D打印方法存在着以下几个问题:
[0004]一、现有的粉末3D打印使用的普通粘结剂大多都是单组分挥发型的胶水，因此涂敷在粉末表面后还需一定的时间晾干，以保证胶水中的挥发液挥发从而使粉末颗粒之间粘连，而在这一过程中，选区中的粉末与非选区中的粉末容易互相转移，降低精度；其次，在3D打印过程中，普通粘结剂在喷头处就容易发生挥发，因此经常会造成喷印头堵塞。
[0005]二、粉末3D打印出来的零件一般致密度不高，需要烧结、液相渗透等后处理，现有的粉末3D打印方法所制造的零件由于粘结剂的粘结性能问题，即使经过适当的后处理，其致密度与强度也不高，并且收缩较大；而且，现有的粉末3D打印方法在后处理过程中，会有有机物烧蚀后的有害气体，污染环境，危害人体。
【发明内容】
[0006]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种使用光敏溶胶粘结剂的粉末3D打印方法，零件的强度大大提高，收缩率也有所减小；并且，粘结剂在成型件上溶于水，易于清洗，且环保无污染。
[0007]为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0008]一种使用光敏溶胶粘结剂的粉末3D打印方法，包括下列步骤:
[0009]I)以质量分数计算，用4?6份去离子水为溶剂，12?16份溶胶为粘结剂，再加入I?3份2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮作为光引发剂，I?3份N，N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，然后加入5?10份丙烯酰胺作为反应单体，配制成光敏溶胶粘结剂，其中溶胶采用硅溶胶、钇溶胶、纳米碳溶胶、纳米铝溶胶或纳米钛溶胶，存放在外供粘结剂盒1，光敏溶胶粘结剂在动力机构2的驱动下，由导管3始终补充到喷印头4，所说的动力机构2是微型泵；
[0010]2)在计算机中建立三维模型，并对该模型进行分层和数据处理；
[0011]3)计算机读入当前层的工艺数据,通过控制二维运动平台5,带动喷印头支架6与其上的喷印头4，以及铺粉辊子7进行运动；[0012]4)在二维运动平台5带动铺粉辊子7从供粉缸9端至成型缸8端运动过程中，铺粉辊子7将供粉缸9中的粉末推送到成型缸8中并铺平，所述的粉末是陶瓷、砂或高分子材料；
[0013]5)同时，喷印头4按照当前分层截面的信息，在成型缸8中事先铺好的一层粉末材料上，有选择性地喷射光敏溶胶粘结剂，涂敷在部分粉末上，形成一层截面薄层；
[0014]6)在喷印头4喷射光敏溶胶粘结剂的同时，将紫外光10投射在粉末平面上，使涂敷在粉末表面的光敏溶胶粘结剂迅速固化，快速粘结，所述的紫外光10来源于机器内腔上安装的紫外灯，或来自安装于喷印头支架6跟随运动的紫外光源；
[0015]7)完成当前层的粘结后，二维运动平台5带动喷印头4回到供粉缸9不临近成型缸8的一端，然后供粉缸9上升一个分层厚度，成型缸8下降一个分层厚度；
[0016]8)重复步骤3)?步骤7),直至零件完成。
[0017]由于本发明采用光敏溶胶粘结剂，其中溶胶是硅溶胶、钇溶胶、纳米碳溶胶、纳米铝溶胶或纳米钛溶胶，光敏溶胶粘结剂中含有紫外光引发剂、交联剂，在紫外光源下可以发生交联反应，从而使光敏溶胶粘结剂迅速固化、粘结粉末；而且，该光敏粘结剂在见到紫外光时才会发生反应，因此在喷印头中不会固化粘结，不容易堵塞喷印头；同时，这种使用光敏溶胶粘结剂的粉末3D打印方法，主要依靠溶胶作为主要成分进行粉末粘结，在后处理的烧结过程中，零件内会产生大量的类似S1-O键、C-O键等化学键进行相互的联接，因此，零件的强度大大提高，收缩率也有所减小；并且，光敏溶胶粘结剂在成型件上溶于水，易于清洗，且环保无污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]附图是本发明所采用的设备连接示意图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0020]一种使用光敏溶胶粘结剂的粉末3D打印方法，包括下列步骤:
[0021]I)参照附图，以质量分数计算，用4?6份去离子水为溶剂，12?16份溶胶为粘结剂，再加入I?3份2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮作为光引发剂，I?3份N，N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，然后加入5?10份丙烯酰胺作为反应单体，配制成光敏溶胶粘结齐IJ，其中溶胶采用硅溶胶、钇溶胶、纳米碳溶胶、纳米铝溶胶与纳米钛溶胶，存放在外供粘结剂盒1，光敏溶胶粘结剂在动力机构2的驱动下，由导管3始终补充到喷印头4，所说的动力机构2是微型泵；
[0022]2)在计算机中建立三维模型，并对该模型进行分层和数据处理；
[0023]3)计算机读入当前层的工艺数据,通过控制二维运动平台5,带动喷印头支架6与其上的喷印头4，以及铺粉辊子7进行运动；
[0024]4)在二维运动平台5带动铺粉辊子7从供粉缸9端至成型缸8端运动过程中，铺粉辊子7可以将供粉缸9中的粉末推送到成型缸8中并铺平，所述的粉末是陶瓷、砂或高分子材料；
[0025]5)同时，喷印头4按照当前分层截面的信息，在成型缸8中事先铺好的一层粉末材料上，有选择性地喷射光敏溶胶粘结剂，涂敷在部分粉末上，形成一层截面薄层；
[0026]6)在喷印头4喷射光敏溶胶粘结剂的同时，将紫外光10投射在粉末平面上，使涂敷在粉末表面的光敏溶胶粘结剂迅速固化，快速粘结，所述的紫外光来源于机器内腔上安装的紫外灯，或来自安装于喷印头支架6跟随运动的紫外光源；
[0027]7)完成当前层的粘结后，二维运动平台5带动喷印头4回到供粉缸9不临近成型缸8的一端，然后供粉缸9上升一个分层厚度，成型缸8下降一个分层厚度；
[0028]8)重复步骤3)?步骤7),直至零件完成。
[0029]本发明采用一种使用光敏溶胶粘结剂的粉末3D打印方法，所述的溶胶是硅溶胶、钇溶胶、纳米碳溶胶、纳米铝溶胶或纳米钛溶胶，这与传统的粉末3D打印方法不同，该发明采用光敏溶胶粘结剂，其在紫外光源下会发生交联反应，从而使该光敏溶胶粘结剂迅速固化，产生粘结粉末的作用，速度快，效果好，同时不容易堵塞喷印头；依靠溶胶作为主要成分进行粉末粘结，在后处理的烧结过程中，零件会产生大量的类似S1-O键、C-O键等的化学键进行相互的联接，零件的强度大大提高，收缩率也有所减小，并且易于清洗，环保无污染。
【权利要求】
1.一种使用光敏溶胶粘结剂的粉末3D打印方法，包括下列步骤: 1)以质量分数计算，用4?6份去离子水为溶剂，12?16份溶胶为粘结剂，再加入I?3份2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮作为光引发剂，I?3份N，N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，然后加入5?10份丙烯酰胺作为反应单体，配制成光敏溶胶粘结剂，其中溶胶采用硅溶胶、钇溶胶、纳米碳溶胶、纳米铝溶胶或纳米钛溶胶，存放在外供粘结剂盒(1)，光敏溶胶粘结剂在动力机构(2 )的驱动下，由导管(3 )始终补充到喷印头(4)，所说的动力机构(2 )是微型泵； 2)在计算机中建立三维模型，并对该模型进行分层和数据处理； 3)计算机读入当前层的工艺数据，通过控制二维运动平台(5),带动喷印头支架(6)与其上的喷印头(4)，以及铺粉辊子(7)进行运动； 4)在二维运动平台(5)带动铺粉辊子(7)从供粉缸(9)端至成型缸(8)端运动过程中，铺粉辊子(7)将供粉缸(9)中的粉末推送到成型缸(8)中并铺平，所述的粉末是陶瓷、砂或高分子材料； 5)同时，喷印头(4)按照当前分层截面的信息，在成型缸(8)中事先铺好的一层粉末材料上，有选择性地喷射光敏溶胶粘结剂，涂敷在部分粉末上，形成一层截面薄层； 6)在喷印头(4)喷射光敏溶胶粘结剂的同时，将紫外光(10)投射在粉末平面上，使涂敷在粉末表面的光敏溶胶粘结剂迅速固化，快速粘结，所述的紫外光(10)来源于机器内腔上安装的紫外灯，或来自安装于喷印头支架(6)跟随运动的紫外光源； 7)完成当前层的粘结后，二维运动平台(5)带动喷印头(4)回到供粉缸(9)不临近成型缸(8 )的一端，然后供粉缸(9 )上升一个分层厚度，成型缸(8 )下降一个分层厚度； 8)重复步骤3)?步骤7)，直至零件完成。
【文档编号】B29C67/00GK103935036SQ201410132428
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】田小永, 杨春成, 曹毅, 同治强, 张莹莹, 李涤尘 申请人:西安交通大学