一种以多色彩天然粘土为原料的3D打印材料及制备方法

本发明属于3d打印材料，具体涉及一种以多色彩天然粘土为原料的3d打印材料及制备方法。

背景技术：

1、3d打印技术兴起于20世纪80年代，是一种通过构建连续的材料层来创建三维对象的技术。近几年，迅速发展并广泛应用于医疗器械、航空航天、汽车工业等领域。其优势不断显现：①节约原材料，能够实现“近净成型”；②降低设备成本；③可以制造形状复杂，难加工的产品；④设计生产空间灵活可控；⑤大大缩短生产时间。

2、传统的瓷塑制作，利用粘土进行塑造成型、晾干、开模、倒坯、烧制等，投入的时间，资本成本大，且不易修改。相比传统制作工艺，3d技术的运用更符合现代人的特点。

3、申请号为202010406299.6的发明专利3d打印火山坑状机理陶瓷及其加工方法，需要采用坯体光固化和碱凝固化增强坯体强度等手段提高陶瓷强度，上色需要先脱脂再进行浸釉处理，上述操作成本较高且流程繁琐。目前采用的传统方法的陶土配方进行3d打印得到的坯品硬度不足、易风化破损，而最终成为工艺品，还需要施釉的工艺流程。所以急需一种3d打印材料解决上述问题。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种以多色彩天然粘土为原料的3d打印材料及制备方法，能够解决目前采用的传统方法的陶土配方进行3d打印得到的坯品硬度不足、易风化破损，而最终成为工艺品，还需要施釉的工艺流程的问题。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种以多色彩天然粘土为原料的3d打印材料，包括以下重量份的组分：

3、甲基混合溶液为28.6％-37.5％、天然粘土a为16.7％-21.4％、天然粘土b为16.7％-21.4％、白水泥为12.5％-15.5％、高岭土为12.1％-17.8％。

4、可选的，甲基混合溶液为31％、天然粘土a为20.7％、天然粘土b为20.7％、白水泥为15.5％、高岭土为12.1％。

5、可选的，甲基混合溶液的配比为：羧甲基纤维素1份，水100份，配制溶液时应使用70-90℃的蒸馏水，并加以搅拌辅助溶解。

6、可选的，天然粘土a矿物成分包括以下重量份的组分：长石：38％、石英：24％、白云石：16％、白云母：15％、赤铁矿：4％、绿泥石：3％；天然粘土a研磨及过筛后得到150-200目的天然粘土a粉末，整体呈褐色。

7、可选的，天然粘土b矿物成分包括以下重量份的组分：石英：46％、白云母：36％、高岭石：14％、绿泥石：4％；天然粘土b研磨及过筛后得到150-200目的天然粘土b粉末，整体呈浅绿色。

8、本发明的另一方面提供了一种以多色彩天然粘土为原料的3d打印材料制备方法，具体包括如下步骤：

9、步骤a、制备胚料：

10、使用70-90℃的蒸馏水与羧甲基纤维素粉末混合并搅拌均匀，得到甲基混合溶液；将天然粘土a、天然粘土b、高岭土和白水泥，使用球磨机将分别磨细，再使用150-200目筛网过筛，按照比例添加至搅拌缸中，再将其搅拌均匀，得到物料混合粉末；

11、步骤b、揉制泥饼：

12、将甲基混合溶液按照比例添加到步骤a中得到的物料混合粉末的搅拌缸中，搅拌、揉制原料，还可以通过添加陶瓷颜料从而调配不同颜色的原料，以此形成不同色彩的泥团，将制备好的泥团放置在涤纶丝材质的垫布中，再放入压面机中压成均匀的泥饼；

13、步骤c、3d打印：

14、将不同色彩的泥饼叠放在垫布上，切除掉不平整部分，卷起泥饼放入3d打印机的料筒中，3d打印得到的样品拥有多色彩拉丝效果，在打印时可通过改变外部环境使其加速风干变硬，减少形变与塌陷；

15、步骤d、养护：

16、打印得到的多色彩样品在20-30℃下密封养护72h，之后使用水雾喷头加水保湿，再在20-30℃下密封养护72h，之后解除密封，在通风环境下脱水，在20-30℃下静置168h；

17、步骤e、烧成：

18、烧制24h烧成。

19、可选的，步骤e中煅烧的温度为1150℃-1160℃。

20、有益效果

21、本发明的实施例中所提供的一种以多色彩天然粘土为原料的3d打印材料及制备方法，有效避免了产品硬度不够，易风化受损的问题，同时采用多色彩配比原料，省去了浸釉上色再烧制的过程。有鉴于现有工艺的复杂工序，研究开发一种可供3d打印使用的多色彩陶土配方，打印制作多色彩产品，变得非常有必要。采用本发明的多色彩天然粘土为原料的3d打印材料，解决了因非线性挤出和胚胎变形导致的坍塌的问题，成品精美，可用作室内陈设品。

22、本发明组分简单，制作方便，粘土材料取自天然环境，成本低廉，甲基混合溶液和白水泥具备良好的粘结性、柔韧性和硬度。打印过程中材料性能稳定，打印性好，不会造成打印喷头堵塞，且工作性保持时间长，易于推广，达到了在3d没有出料打印之前既有一定的存放成膏状时间，从3d打印头挤出在出料后能够快速的干燥并固化成型，使膏状材料不至于塌落而无法完成堆积、叠加而形成高强度、高附着力的3d打印效果，不泌水，吸水率低，侧向变形可控，可建造性好。与现有工艺相比，本发明所使用的原料更易获取，价格更低。通过3d打印得到的样品可用作室内陈设品。

23、本发明实施例中提供的制备方法，包括步骤b和步骤d等预处理与打印后养护步骤，可以在基本不改变原有材料组分的基础上，有效提升样品的挤出性和建造性。在预处理过程中，调整不同色彩泥饼的叠放就可以在后续打印中产生不同的多色彩拉丝效果，提升样品观赏性。在原料制备阶段，还可以通过添加不同颜色的陶瓷颜料，进一步丰富材料的颜色组合，使得打印材料在制备阶段就拥有更加均匀、稳定的颜色变化，同样提升了打印过程中的结合性和稳定性。相较于现有工艺，没有复杂的上色工艺，也不会在后期风化中被剥离掉色；同时，因为没有过多添加粘结剂，成本更低，无污染。

技术特征：

1.一种以多色彩天然粘土为原料的3d打印材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：

2.根据权利要求1所述的以多色彩天然粘土为原料的3d打印材料，甲基混合溶液为31％、天然粘土a为20.7％、天然粘土b为20.7％、白水泥为15.5％、高岭土为12.1％。

3.根据权利要求1所述的以多色彩天然粘土为原料的3d打印材料，其特征在于，甲基混合溶液的配比为：羧甲基纤维素1份，水100份，配制溶液时应使用70-90℃的蒸馏水，并加以搅拌辅助溶解。

4.根据权利要求1所述的以多色彩天然粘土为原料的3d打印材料，其特征在于，天然粘土a矿物成分包括以下重量份的组分：长石：38％、石英：24％、白云石：16％、白云母：15％、赤铁矿：4％、绿泥石：3％；天然粘土a研磨及过筛后得到150-200目的天然粘土a粉末，整体呈褐色。

5.根据权利要求1所述的以多色彩天然粘土为原料的3d打印材料，其特征在于，天然粘土b矿物成分包括以下重量份的组分：石英：46％、白云母：36％、高岭石：14％、绿泥石：4％；天然粘土b研磨及过筛后得到150-200目的天然粘土b粉末，整体呈暗绿色。

6.根据权利要求1-5所述的一种以多色彩天然粘土为原料的3d打印材料制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的以多色彩天然粘土为原料的3d打印材料制备方法，其特征在于，步骤e中煅烧的温度为1150℃-1160℃。

技术总结
本发明提供了一种以多色彩天然粘土为原料的3D打印材料及制备方法，包括以下重量份的组分：甲基混合溶液为28.6％‑37.5％、天然粘土A为16.7％‑21.4％、天然粘土B为16.7％‑21.4％、白水泥为12.5％‑15.5％、高岭土为12.1％‑17.8％，甲基混合溶液为31％、天然粘土A为20.7％、天然粘土B为20.7％、白水泥为15.5％、高岭土为12.1％，甲基混合溶液的配比为：羧甲基纤维素1份，水100份，配制溶液时应使用70‑90℃的蒸馏水，并加以搅拌辅助溶解，组分简单，制作方便，打印过程中材料性能稳定，使用效果好，易于推广。

技术研发人员：谢镕丞,孟林,张昕璐,郭威,黄菲,高文元
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12