一种黑色系陶瓷粉体光固化3D打印浆料及制备方法

本发明涉及增材制造，具体是黑色系陶瓷粉体光固化3d打印浆料及制备方法。

背景技术：

1、陶瓷材料因其具备高硬度、高熔点、高耐磨性、耐氧化性等优点，在航空航天、能源环保、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。传统陶瓷样品的成型工艺主要是注塑成型、模压成型、凝胶浇铸等，此类方法制造时间长、加工精度低且难以制备高度复杂结构，但随着时代的发展，实际生活中对于陶瓷材料的要求逐步提高，传统的陶瓷样品制备工艺已难以满足人们的需求，急需改进陶瓷材料制造技术以满足时代发展需求。

2、增材制造也称为3d打印，是指先将三维cad模型数字化切割成二维截面，再在计算机程序控制下利用3d打印机逐点、逐行或逐层叠加的方式制备实体零件。增材制造技术具有可打印结构复杂化、一体化、生产周期短、打印精度高等优点。目前用于陶瓷材料增材制造的技术主要是立体光刻(sl)、喷墨打印(ijp)、熔融沉积(fdm)、激光选区烧结/熔融(sls/slm)、直写成型(diw)和三维印刷(3dp)。其中立体光刻(sl)技术所制备的光固化陶瓷密度可达99％以上且成型精度高、表面质量好，成为陶瓷成型工艺技术的关注重点。

3、光敏浆料是光固化3d打印技术的基础，配制出适用于光固化3d打印体系的光敏浆料才能促使该技术继续发展。由于陶瓷粉末折射率与光固化树脂之间的不匹配性以及入射光的散射等导致光固化3d打印只适用于颜色较浅的氧化物陶瓷粉末，而对于颜色较黑的陶瓷粉末因其吸收入射的紫外光而影响光固化反应中树脂对光的吸收，导致难以打印成型或者固化厚度不够，而现有工艺无法很好地解决颜色较黑陶瓷粉末光固化打印这一问题。因此，有必要提供一种黑色系陶瓷粉体光固化3d打印浆料，以解决现有黑色系陶瓷粉末光固化3d打印难以固化或固化厚度不够的的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的不足，本发明提供一种黑色系陶瓷粉体光固化3d打印浆料及制备方法。

2、本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

3、本发明的一个方面提供一种黑色系陶瓷粉体光固化3d打印浆料，按照重量份数，包括如下组分：

4、黑色系陶瓷粉末1000份、辅助打印陶瓷粉末700-1000份、光敏树脂1700-3000份、光引发剂34-150份、消泡剂17-60份、流平剂17-60份和分散剂17-60份；

5、还包括溶剂1700-2000份；

6、所述辅助打印陶瓷粉末为的浅色系陶瓷粉末。

7、所述光敏树脂由低聚物、单官能团单体、二官能团单体和三官能团单体组成。

8、在本发明的一些具体实施方案中，所述黑色系陶瓷粉末包括camno3和ca1-xgdxmno3中的一种或多种；

9、所述ca1-xgdxmno3为camno3的稀土元素掺杂物。

10、在本发明的一些具体实施方案中，所述浅色系陶瓷粉末为颜色较浅且易于光固化成型的陶瓷粉末。

11、在本发明的一些具体实施方案中，所述浅色系陶瓷粉末包括al2o3、zro2中的一种或多种。

12、在本发明的一些具体实施方案中，所述光敏树脂包含35-45％的低聚物、25-35％的单官能团单体、15-25％的二官能团单体和5-15％的三官能团单体；

13、所述低聚物为环氧丙烯酸脂或聚酯丙烯酸酯中的至少一种；

14、所述单官能团单体为4-丙烯酰吗啉或2-苯氧基乙基丙烯酸酯中的至少一种；

15、所述二官能团单体为1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯中的至少一种；所述三官能团单体为三丙烯酸丙烷三甲醇酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的的至少一种。

16、在本发明的一些具体实施方案中，所述光引发剂包括：α-羟基异丁酰苯、1-羟基环已基苯基甲酮、苯基双氧化膦、2-异丙基硫杂蒽酮中的任意两种或三种。

17、在本发明的一些具体实施方案中，所述溶剂为乙醇。

18、在本发明的一些具体实施方案中，所述消泡剂为byk-1790、byk-1799中的一种或两种。

19、在本发明的一些具体实施方案中，所述流平剂为byk-333、byk-uv3510、byk-uv3500中的一种或多种。

20、在本发明的一些具体实施方案中，所述分散剂为阴离子型聚羧酸铵盐。

21、在本发明的一些具体实施方案中，上述黑色系陶瓷粉体光固化3d打印浆料制备包括如下步骤：

22、s1：将黑色系陶瓷粉末、辅助打印陶瓷粉末、溶剂进行充分混合后干燥得到混合陶瓷粉末。

23、s2：将光敏树脂、光引发剂、消泡剂、流平剂和分散剂进行充分混合后得到混合溶液。

24、s3：将所配制的混合陶瓷粉末与混合溶液进行充分混合得到黑色系陶瓷粉体光固化3d打印浆料。

25、本发明还提供了一种黑色系陶瓷粉体光固化3d打印浆料的制备方法，包括如下步骤：

26、s1：将1000份黑色系陶瓷粉末、700-1000份辅助打印陶瓷粉末、1700-2000份溶剂充分混合后干燥得到混合陶瓷粉末；

27、所述辅助打印陶瓷粉末为al2o3、zro2中的一种或多种；

28、s2：将光敏树脂1700-3000份、光引发剂34-150份、消泡剂17-60份、流平剂17-60份和分散剂17-60份充分混合后得到混合溶液；其中，光敏树脂由低聚物、单官能团单体、二官能团单体和三官能团单体组成；

29、s3：将所配制的混合陶瓷粉末与混合溶液充分混合得到黑色系陶瓷粉体光固化3d打印浆料。

30、在本发明的一些具体实施方案中，所述黑色系陶瓷粉末为camno3和ca1-xgdxmno3中的一种或多种；

31、所述ca1-xgdxmno3为camno3的稀土元素掺杂物；

32、在本发明的一些具体实施方案中，所述黑色系陶瓷粉末粒径为2-5μm；所述辅助打印陶瓷粉末粒径为300-400nm。

33、在本发明的一些具体实施方案中，所述光敏树脂包含35-45％的低聚物、25-35％的单官能团单体、15-25％的二官能团单体和5-15％的三官能团单体；所述低聚物为环氧丙烯酸脂或聚酯丙烯酸酯中的至少一种；所述单官能团单体为4-丙烯酰吗啉或2-苯氧基乙基丙烯酸酯中的至少一种；所述二官能团单体为1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯中的至少一种；所述三官能团单体为三丙烯酸丙烷三甲醇酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的的至少一种。

34、在本发明的一些具体实施方案中，所述光引发剂包括：α-羟基异丁酰苯、1-羟基环已基苯基甲酮、苯基双氧化膦、2-异丙基硫杂蒽酮中的任意两种或三种。

35、在本发明的一些具体实施方案中，所述溶剂为乙醇。

36、在本发明的一些具体实施方案中，所述消泡剂为byk-1790、byk-1799中的一种或两种。

37、在本发明的一些具体实施方案中，所述流平剂为byk-333、byk-uv3510、byk-uv3500中的一种或多种。

38、在本发明的一些具体实施方案中，所述分散剂为阴离子型聚羧酸铵盐。

39、在本发明的一些具体实施方案中，s1步骤中所述充分混合的步骤包括使用球磨机200r/min-250r/min球磨3-4h，s2步骤中所述充分混合的步骤包括在磁力搅拌机上以40℃-45℃搅拌15-20min，s3步骤中所述充分混合的步骤包括使用球磨机以300r/min-400r/min球磨3h-6h。

40、对比与现有技术，本发明有益效果在于：通过将难以光固化的黑色系陶瓷粉末中添加易于固化的浅色陶瓷粉末，将其与光引发剂、分散剂和其他助剂混合配置成浆料，易于光固化陶瓷粉末的添加可以很大程度上改善其流动性、提高浆料对于紫外光的固化能力，使得单层固化厚度能达到54μm以上，有利于光固化打印的成型。