本发明涉及3d打印技术领域，尤其涉及一种使用湿气固化的快干型粘结剂的3d打印方法。
背景技术：
基于粘结剂喷射的三维打印（3dp）技术是利用喷头喷射粘结剂液滴，将粉末逐层粘住形成三维打印坯体的一种快速成型技术。其具有成型速度快、成本低、可成型材料范围广等诸多优势，近十几年得到了快速发展，并已经在工业界得到广泛应用。目前业界主要关注的成型材料有金属、陶瓷、砂型等。具体的应用领域包括汽车、航空航天、国防军工、模具、医疗器械等领域的零部件等。
粘结剂是3dp技术的核心材料，其主要作用是将粉末逐层粘住形成三维的坯体。形成的坯体的致密度低、强度差，因此还需要进行脱脂烧结以获得致密的零部件。3dp技术对粘结剂的要求主要是：与喷头的适配性好、良好的粘接强度、易于脱脂残留少、绿色无污染等。目前国际上的主流厂家采用的粘结剂有热固性树脂型、聚合物溶剂型、光敏树脂型等。
在实际的3d打印过程中，采用热固性树脂型、聚合物溶剂型粘结剂进行每一层的粉末粘结后，由于粘结强度较低，一般需要红外灯照射来加速粘结剂固化提高粘结强度。而打印一个零件往往需要几千层以上的层层打印，因此整个过程中将消耗较多的能源，工艺也较为复杂，不利于降低生产成本。
技术实现要素：
本发明提出一种使用湿气固化的快干型粘结剂的3d打印方法，采用可湿气固化的快干型粘结剂和水蒸汽。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种使用湿气固化的快干型粘结剂的3d打印方法，用于设置有铺粉辊和喷头的3d打印机，使用的粘结剂为常温下可湿气固化的快干型粘结剂，与所述快干型粘结剂配合的固化剂为水蒸汽，包括以下具体的步骤：
s1）根据打印机的喷头对喷射溶液的要求，配制常温下可湿气固化的快干型粘结剂溶液；
s2）在3d打印机的打印平面，铺粉辊铺布一层指定的打印粉末；
s3）在打印平面的指定位置的打印粉末表面，喷头喷射所述快干型粘结剂；
s4）在靠近打印平面的上方，通过水蒸汽发生器施加水蒸汽覆盖打印平面的上方，加速所述快干型粘结剂的固化；
s5）然后，再依次按照以上s2、s3和s4的步骤，进行第二层的铺粉、粘结剂喷射、湿气固化；
s6）按照以上步骤重复进行层层打印，制得三维的打印坯体；
s7）根据需要对所述打印坯体进行整体固化处理，制得固化坯体；
s8）对所述固化坯体进行脱脂烧结，即制得致密化的3d打印的零部件。
优选的，所述步骤s4和s5之间还包括以下步骤：
s4.1）每次施加水蒸汽完成一层的粉末粘接固化后，通过抽风装置将水蒸汽从打印平面的上方抽离。
优选的，所述步骤s3之前打印平面的上方的湿度为30%rh以下。
优选的，所述步骤s4施加水蒸汽所覆盖的打印平面的上方的湿度为可控可调的，所述湿度处于40%-99%rh之间。
优选的，所述快干型粘结剂的粘度为1-10mpa•s；所述快干型粘结剂的表面张力为20-70mn/m。
优选的，所述打印粉末为金属、陶瓷和高分子粉末中的一种或几种。
优选的，所述快干型粘结剂包括基料、稀释剂、表面活性剂和功能助剂；所述功能助剂包括催化剂和/或交联剂。
优选的，按照质量百分比计算，所述基料和稀释剂的合计含量占所述快干型粘结剂的总质量的百分比为90-99%，所述表面活性剂的占比为1-8%，所述功能助剂的占比为0-2%。所述基料和稀释剂的质量混合比为1:1-3。
优选的，所述基料包括氰基丙烯酸酯型胶黏剂、异氰酸酯型胶黏剂、多元醇型胶黏剂、聚氨酯型胶黏剂和有机硅型胶黏剂的至少一种。
优选的，所述稀释剂包括丙酮、丁酮、乙酸乙酯、硝基甲烷、苯、二甲苯、四氢呋喃、乙醇、n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、醋酸乙酯、醋酸丁酯、环己烷、正己烷、十甲基环五硅氧烷和烷八甲基环四硅氧烷的至少一种；
所述表面活性剂包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和非离子表面活性剂的至少一种；
所述阳离子表面活性剂为季铵化物；
所述阴离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、烷基苯磺酸盐或烯烃磺酸盐；
所述两性离子表面活性剂为卵磷脂型或氨基酸型的两性离子表面活性剂；
所述非离子表面活性剂为烷基葡糖苷或聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯。
本发明的有益效果为：
本发明所述的使用湿气固化的快干型粘结剂的3d打印方法，采用水蒸汽和可湿气固化的快干型粘结剂，在常温下进行湿气固化的3d打印，不需要激光器进行加热或者照射固化，因此与常见的激光3d打印技术相比，成本显著降低，并且可成型尺寸不受固化设备的限制，成型速度快，工艺简单，通过调控打印平面上方的湿度，可以精确控制每一层的粉末固化速率，适用各种的打印粉末，具有较好的通用性。
具体实施方式
下面以具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。
一种使用湿气固化的快干型粘结剂的3d打印方法，用于设置有铺粉辊和喷头的3d打印机，使用的粘结剂为常温下可湿气固化的快干型粘结剂，与所述快干型粘结剂配合的固化剂为水蒸汽，包括以下具体的步骤：
s1）根据打印机的喷头对喷射溶液的要求，配制常温下可湿气固化的快干型粘结剂溶液；
s2）在3d打印机的打印平面，铺粉辊铺布一层指定的打印粉末；
s3）在打印平面的指定位置的打印粉末表面，喷头喷射所述快干型粘结剂；
s4）在靠近打印平面的上方，通过水蒸汽发生器施加水蒸汽覆盖打印平面的上方，加速所述快干型粘结剂的固化；
s5）然后，再依次按照以上s2、s3和s4的步骤，进行第二层的铺粉、粘结剂喷射、湿气固化；
s6）按照以上步骤重复进行层层打印，制得三维的打印坯体；
s7）根据需要对所述打印坯体进行整体固化处理，制得固化坯体；
s8）对所述固化坯体进行脱脂烧结，即制得致密化的3d打印的零部件。
本发明所述的使用湿气固化的快干型粘结剂的3d打印方法，采用水蒸汽和可湿气固化的快干型粘结剂，在常温下进行湿气固化的3d打印，不需要激光器进行加热或者照射固化，因此与常见的激光3d打印技术相比，成本显著降低，并且可成型尺寸不受固化设备的限制，成型速度快，工艺简单。
铺粉辊在铺粉完成后，喷头喷射快干型粘结剂，铺粉辊和喷头自动撤离打印平面，然后水蒸汽发生器启动，往打印平面的上方输入水蒸汽，快干型粘结剂与水蒸汽接触而发生反应固化交联，从而起到粘结粉末的效果。当反应一定时间后，水蒸汽停止输入，之后再继续进行新一层打印的铺粉、粘结剂喷射。以此方式进行层层打印，获得三维的打印坯体。
优选的，所述步骤s4和s5之间还包括以下步骤：
s4.1）每次施加水蒸汽完成一层的粉末粘接固化后，通过抽风装置将水蒸汽从打印平面的上方抽离。
可以精确控制每一层的粉末固化速率，并且可以减少喷头的粘结剂由于接触高湿度的水蒸汽而固化，可以避免发生喷头堵塞的风险。
优选的，所述步骤s3之前打印平面的上方的湿度为30%rh以下。
可以避免因为湿度过高，在喷射前所述的打印粉末表面吸附有水汽，造成打印的坯体固化不均匀，而影响打印的质量和效果。
优选的，所述步骤s4施加水蒸汽所覆盖的打印平面的上方的湿度为可控可调的，所述湿度处于40%-99%rh之间。
所述步骤s4施加水蒸汽所覆盖的打印平面的上方的湿度为可控可调的，处于40%-99%rh之间，湿度低于40%rh，粘结剂的固化需要的湿度不足，无打印效率；湿度高于99%rh既难于实现也容易产生水蒸汽凝结为水珠，不利于打印粉末的固化，通过调节水蒸汽所覆盖的打印平面的上方的湿度可以精确控制每一层的粉末固化速率。
优选的，所述快干型粘结剂的粘度为1-10mpa•s；所述快干型粘结剂的表面张力为20-70mn/m。
通过调节稀释剂含量使述快干型粘结剂的粘度的粘度处于1-10mpa•s范围内，可以保障所述喷头喷射的顺利和均匀，避免粘度过高造成喷嘴的堵塞。加入表面活性剂调整所述快干型粘结剂的表面张力，使其表面张力处于20-70mn/m范围内，以保证所述快干型粘结剂液滴能够渗入到粉末层中起到粘接粉末的作用，保障打印坯体的固化均匀性，表面张力低于20mn/m喷射后粘结剂容易在粉末层表面流平，渗入到粉末层内部的粘结剂变少，粘结精度和效果变差；表面张力高于70mn/m的粘结剂与粉末层的浸润性太差且容易堵塞喷头的喷嘴，粉末粘接的不均匀影响打印粉末的粘结的致密性。
优选的，所述打印粉末为金属、陶瓷和高分子粉末中的一种或几种。
本发明所述的使用湿气固化的快干型粘结剂的3d打印方法适用各种的打印粉末，具有较好的通用性。
优选的，所述快干型粘结剂包括基料、稀释剂、表面活性剂和功能助剂；所述功能助剂包括催化剂和/或交联剂。
采用可室温湿气固化的所述快干型粘结剂，可节约能耗，减少了需要通过激光器的加热或者照射而固化的工序，使用本发明所述的使用湿气固化的快干型粘结剂的3d打印方法可以获得更好的3d打印的成本优势。
优选的，按照质量百分比计算，所述基料和稀释剂的合计含量占所述快干型粘结剂的总质量的百分比为90-99%，所述表面活性剂的占比为1-8%，所述功能助剂的占比为0-2%。所述基料和稀释剂的质量混合比为1:1-3。
优选的，所述基料包括氰基丙烯酸酯型胶黏剂、异氰酸酯型胶黏剂、多元醇型胶黏剂、聚氨酯型胶黏剂和有机硅型胶黏剂的至少一种。
所述基料是产生粘接效果的基础物质，使用稀释剂或者表面活性剂的目的是用于调节所述快干型粘结剂的粘度或者表面张力，所述稀释剂或者表面活性剂添加的比例根据实际的粘度或者表面张力来调整，以适合喷头喷射并得到较好粘接效果。
优选的，所述稀释剂包括丙酮、丁酮、乙酸乙酯、硝基甲烷、苯、二甲苯、四氢呋喃、乙醇、n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、醋酸乙酯、醋酸丁酯、环己烷、正己烷、十甲基环五硅氧烷和烷八甲基环四硅氧烷的至少一种；
所述表面活性剂包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和非离子表面活性剂的至少一种；
所述阳离子表面活性剂为季铵化物；
所述阴离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、烷基苯磺酸盐或烯烃磺酸盐；
所述两性离子表面活性剂为卵磷脂型或氨基酸型的两性离子表面活性剂；
所述非离子表面活性剂为烷基葡糖苷或聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯。
多种可选的的粘结剂可根据不同打印粉末进行匹配选择；
所述稀释剂用于溶解所述基料，降低粘结剂溶液的粘度，以满足用喷头喷射的粘度要求；所述表面活性剂用于降低所述湿气固化的快干型粘结剂的溶液的表面张力，可根据不同的材料、粘结速度的进行选用和配制。
实施例1
1、选用市场上在售的氰基丙烯酸酯胶粘剂作为基料配制快干型粘结剂溶液，所述基料占快干型粘结剂溶液的总体质量的百分比为40%，添加50%的硝基甲烷作为稀释剂将其粘度调控到5-10mpa•s；添加8%十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂调整表面张力在50-70mn/m范围内，2%的硅烷偶联剂作为交联剂，即制得可喷射的所述快干型粘结剂溶液；
2、采用自制的3dp打印机，选用不锈钢316l粉末进行齿轮零件的喷射打印；
3、打印前保持打印机打印平面上方的湿度在30%rh以下；
4、当完成第一层的铺粉、粘结剂喷射后，在打印平面上方施加水蒸汽15秒，以加速粘结剂固化，使水蒸汽覆盖的打印平面的上方的湿度控制在40-65%rh左右；
5、然后，将水蒸汽从打印平面的上方抽走，再进行下一层的铺粉、粘结剂喷射、水蒸汽施加；
6、以此方式进行层层叠加打印，获得齿轮零件的三维的坯体；
7、再将齿轮零件的三维的坯体放置于湿度60%rh的密闭容器中进行整体固化，时间为30分钟，以提高齿轮零件的三维的坯体的整体强度；
8、接着，将整体固化后的坯体进行脱脂，加热到450℃保温1小时；
9、最后，在氩气气氛下，将整体固化的坯体加热到1350℃进行烧结，即制得致密的齿轮零件。
实施例2
1、选用市场上在售的乙二醇丁二醇酯胶黏剂作为粘结剂的基料配制快干型粘结剂溶液，所述基料占快干型粘结剂溶液的总体质量的百分比为24.5%，添加总质量的73.5%的二甲苯作为稀释剂将粘度调控到1-4mpa•s，添加总质量的2%的聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯作为表面活性剂调控表面张力在20-30mn/m范围内，即制得可喷射的所述快干型粘结剂溶液；
2、采用自制的3dp打印机，选用二氧化硅粉末进行手机陶瓷外壳的喷射打印；
3、打印前保持打印机的打印平面的上方的湿度在25-30%rh；
4、当完成第一层的铺粉、粘结剂的喷射后，在打印平面的上方施加水蒸汽13秒，以加速粘结剂固化，使水蒸汽覆盖打印平面的上方的湿度控制在70-99%rh左右；
5、然后将水蒸汽从打印平面的上方抽走，再进行下一层的铺粉、粘结剂的喷射、水蒸汽施加；
6、以此方式进行层层的叠加打印，制得手机陶瓷外壳的三维的坯体；
7、接着，将制得的手机陶瓷外壳的三维的坯体放置于湿度90%rh的密闭容器中整体固化，时间为40分钟，提高坯体的整体强度；
8、之后，再对整体固化后的坯体进行脱脂，在480℃保温2小时；
9、最后，在氩气气氛下加热到1250℃进行烧结，即制得致密的手机陶瓷外壳。
实施例3
1、选用市场上在售的聚六异氰酸酯胶黏剂作为基料配制快干型粘结剂溶液，所述基料占快干型粘结剂溶液的总体质量的百分比为38%，添加总质量的55%的乙醇作为稀释剂将粘度调控到4-7mpa•s，添加总质量的4%的烷基苯磺酸盐和3%的烷基葡糖苷作为表面活性剂调控表面张力在25-45mn/m范围内，即制得可喷射的所述快干型粘结剂溶液；
2、采用自制的3dp打印机，选用聚乙烯粉末进行面具的喷射打印；
3、打印前保持打印机的打印平面的上方的湿度在25-30%rh；
4、当完成第一层的铺粉、粘结剂的喷射后，在打印平面的上方施加水蒸汽13秒，以加速粘结剂固化，使水蒸汽覆盖打印平面的上方的湿度控制在50-65%rh左右；
5、然后将水蒸汽从打印平面的上方抽走，再进行下一层的铺粉、粘结剂的喷射、水蒸汽施加；
6、以此方式进行层层的叠加打印，制得面具的三维的坯体；
7、接着，将制得的面具的三维的坯体放置于湿度60%rh的密闭容器中整体固化，时间为40分钟，提高坯体的整体强度；
8、之后，再对整体固化后的坯体进行脱脂，在60℃保温2小时，即制得致密的面具。
实施例4
1、选用市场上在售的聚氨酯黏剂作为基料配制快干型粘结剂溶液，所述基料占快干型粘结剂溶液的总体质量的百分比为42%，添加总质量的51%的n,n-二甲基甲酰胺作为稀释剂将粘度调控到6-8mpa•s，添加总质量的5%的季铵化钾为表面活性剂调控表面张力在30-50mn/m范围内，2%的硅烷偶联剂作为交联剂，即制得可喷射的所述快干型粘结剂溶液；
2、采用自制的3dp打印机，选用pet粉末进行耳环的喷射打印；
3、打印前保持打印机的打印平面的上方的湿度在25-30%rh；
4、当完成第一层的铺粉、粘结剂的喷射后，在打印平面的上方施加水蒸汽12秒，以加速粘结剂固化，使水蒸汽覆盖打印平面的上方的湿度控制在50-65%rh左右；
5、然后将水蒸汽从打印平面的上方抽走，再进行下一层的铺粉、粘结剂的喷射、水蒸汽施加；
6、以此方式进行层层的叠加打印，制得耳环的三维的坯体；
7、接着，将制得的耳环的三维的坯体放置于湿度60%rh的密闭容器中整体固化，时间为40分钟，提高坯体的整体强度；
8、之后，再对整体固化后的坯体进行脱脂，在50℃保温2小时，即制得致密的耳环。
实施例5
1、选用市场上在售的甲基苯基硅树脂作为基料配制快干型粘结剂溶液，所述基料占快干型粘结剂溶液的总体质量的百分比为36%，添加总质量的54%的十甲基环五硅氧烷作为稀释剂将粘度调控到5-7mpa•s，添加总质量的5%的烯烃磺酸盐和3%的烷基葡糖苷为表面活性剂调控表面张力在25-35mn/m范围内，2%的钛酸四丁酯作为催化剂，即制得可喷射的所述快干型粘结剂溶液；
2、采用自制的3dp打印机，选用pet粉末进行头盔的喷射打印；
3、打印前保持打印机的打印平面的上方的湿度在15-20%rh；
4、当完成第一层的铺粉、粘结剂的喷射后，在打印平面的上方施加水蒸汽10秒，以加速粘结剂固化，使水蒸汽覆盖打印平面的上方的湿度控制在45-60%rh左右；
5、然后将水蒸汽从打印平面的上方抽走，再进行下一层的铺粉、粘结剂的喷射、水蒸汽施加；
6、以此方式进行层层的叠加打印，制得头盔的三维的坯体；
7、接着，将制得的头盔的三维的坯体放置于湿度55%rh的密闭容器中整体固化，时间为40分钟，提高坯体的整体强度；
8、之后，再对整体固化后的坯体进行脱脂，在75℃保温2小时，即制得致密的头盔。
综上所述，本发明所述的使用湿气固化的快干型粘结剂的3d打印方法，采用水蒸汽和可湿气固化的快干型粘结剂，在常温下进行湿气固化的3d打印，不需要激光器进行加热或者照射固化，因此与常见的激光3d打印技术相比，成本显著降低，并且可成型尺寸不受固化设备的限制，成型速度快，工艺简单，通过调控打印平面上方的湿度，可以精确控制每一层的粉末固化速率，适用各种的打印粉末，具有较好的通用性。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。