一种3D打印用粘结剂及其制备方法与流程

本发明属于铸造辅材，更具体地说，涉及一种3d打印粉末用粘结剂及其制备。

背景技术：

1、3d打印技术属于快速成型技术中的一种，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、无机材料或塑料等可粘接材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制作模型，现在用于一些产品的直接制造。目前在铸造、工业设计、建筑、工程和施工、汽车、航空航天、医疗、教育等领域有广泛的应用。

2、近些年来，越来越多的粉末材料如金属粉末、陶瓷粉末等应用于3d打印。

3、3d打印用粘结剂作为3d打印技术中最重要的辅助材料，需要有粘接强度高、储存稳定、打印毛坯强度高且稳定等特点，以便于其推广应用。但现有的粘结剂用于粉末材料的3d打印时，存在的粘结性差和流动性差的缺陷，且打印的毛坯在放置一段时间会吸湿导致毛坯强度降低。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术中3d打印粉末用粘结剂粘接强度低、储存期短、打印后毛坯放置一段时间后强度降低的问题，提供了一种满足3d打印粉末粘接使用的粘结剂，在聚乙烯吡咯烷酮聚合过程中进行化学改性，改性后的粘结剂强度提升明显，粘结剂具有粘接强度高、储存时间长、毛坯强度高等优点，打印后的毛坯容易清粉，放置后毛坯强度稳定，并且粘结剂存储稳定，可满足金属粉末、陶瓷粉末等粉末材料的3d打印粘接使用。

2、本发明为达到其目的，提供如下技术方案：一种3d打印用粘结剂，按照质量百分比计，配比组分包括:多元醇0.5％-3％，聚合单体3％-8％，改性剂0.5％-5％，引发剂0.01％-0.1％，水30％-50％，醇类溶剂20％-40％，醚类溶剂12％-25％，有机酸0.01％-0.5％；其中，所述多元醇为液态低聚合度聚乙二醇，所述引发剂为水溶性偶氮类引发剂，所述改性剂为低聚合度聚乙烯醇缩丁醛，所述聚合单体为1-乙烯基-2-吡咯烷酮。

3、在其中一个实施例中，液态低聚合度聚乙二醇为聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600的一种或几种。

4、在其中一个实施例中，水溶性偶氮类引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮异丁氰基甲酰胺的一种或几种。

5、在其中一个实施例中，低聚合度聚乙烯醇缩丁醛的平均分子量在600-3000。

6、在其中一个实施例中，水为ph＜7、电导率小于10μm/cm的纯水。

7、在其中一个实施例中，醇类溶剂为甲醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、1,2-丙二醇、丙三醇中的一种或几种，优选的，为异丙醇、乙二醇的一种或几种。

8、在其中一个实施例中，醚类溶剂为乙二醇二甲醚、二乙二醇甲醚、乙二醇一乙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、1,2-丙二醇-1-丁醚的一种或几种，优选的，为二乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、1,2-丙二醇-1-丁醚。

9、在其中一个实施例中，有机酸为甲酸、乙酸、水杨酸、草酸、柠檬酸、苯甲酸中的一种或几种，优选的，为甲酸、乙酸和水杨酸。

10、另一方面，本发明提供了一种3d打印用粘结剂的制备方法，包括如下步骤：

11、1)向反应釜中加入占全部水加入总量26％-33.3％的水、多元醇、引发剂，开启搅拌，升温至50-70℃；

12、2)将反应釜搅拌转速调节至300-450r/min，滴加聚合单体，在1-2h滴加完毕，滴加结束后计时保温0.5-2h；

13、3)保温结束后升温至75-90℃，加入改性剂，保温0.5-2h；

14、4)保温结束后，降温至40℃，依次加入加入占全部水加入总量66.7％-74％的剩余水、醇类溶剂和醚类溶剂，搅拌1h；

15、5)加入有机酸，搅拌1h得到粘结剂成品。

16、本发明提供一种3d打印用粘结剂应用于粉末材料3d打印，粘结剂的加入量占粉末材料重量的2％-8％，可应用于金属和陶瓷等粉末材料的3d打印，其成型步骤包括：

17、3d打印三维立体结构模型设计及将数据信息导入控制系统；

18、将3d打印粉末材料和本发明粘结剂分别加入3d打印机的料槽中，将打印平台置于40-60℃的打印环境中；

19、启动打印机，打印时先铺粉末材料，再喷洒粘结剂，形成粉末材料、粘结剂的交替结构，逐层粘接起来形成所需的初胚；其中，粘结剂的加入量占粉末材料重量的2％-8％；

20、将得到的初胚放入温度为120-280℃的烘烤炉中烘烤2-8h进行进一步固化提升强度得到生胚；

21、将生胚进行高温烧结脱脂，再根据工艺要求对脱脂后的毛坯进行进一步处理。

22、本发明的有益效果在于：

23、本发明提供一种3d打印粉末用粘结剂，多元醇聚乙二醇在聚合单体聚合反应过程中，可以对聚乙烯吡咯烷酮结构进行改性，从而改善粘结剂理化性能，进一步提升打印毛坯的强度，避免在毛坯清粉过程中毛坯容易损坏。

24、本发明中引发剂采用水溶性偶氮类引发剂，而非常用的油溶性偶氮类引发剂如偶氮二异丁腈，水溶性偶氮类引发剂不含有对人体有害的基团氰基，因而对人体无副作用；改性剂在聚合单体聚合后期加入，可以对聚乙烯吡咯烷酮结构进行化学改性，提升打印毛坯的粘接强度，同时可避免毛坯清粉后吸湿导致的强度降低，可以与残留的聚合单体反应，降低其残留量。醇类溶剂和醚类溶剂对反应合成的聚合物具有极好的溶解性，同时可以调节粘结剂体系的酸碱性、黏度及表面张力；有机酸可调节粘结剂体系的酸碱性，从而提高粘结剂储存稳定剂，延长储存时间。总之，本发明的粘结剂进行改性后，粘结剂强度提升明显，粘结剂具有粘接强度高、储存时间长、毛坯强度高等优点，打印后的毛坯容易清粉，放置后毛坯强度稳定，并且粘结剂存储稳定，可满足金属粉末、陶瓷粉末等粉末材料的3d打印粘接使用。

技术特征：

1.一种3d打印用粘结剂，其特征在于，按照质量百分比计，配比组分包括:多元醇0.5％-3％，聚合单体3％-8％，改性剂0.5％-5％，引发剂0.01％-0.1％，水30％-50％，醇类溶剂20％-40％，醚类溶剂12％-25％，有机酸0.01％-0.5％；

2.根据权利要求1所述的一种3d打印用粘结剂，其特征在于，所述液态低聚合度聚乙二醇为聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种3d打印用粘结剂，其特征在于，所述水溶性偶氮类引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮异丁氰基甲酰胺的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种3d打印用粘结剂，其特征在于，所述低聚合度聚乙烯醇缩丁醛的聚合度在600-3000。

5.根据权利要求1所述的一种3d打印用粘结剂，其特征在于，所述水为ph＜7、电导率小于10μm/cm的纯水。

6.根据权利要求1所述的一种3d打印用粘结剂，其特征在于，所述醇类溶剂为甲醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、1,2-丙二醇、丙三醇中的一种或几种，优选的，为异丙醇、乙二醇的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种3d打印用粘结剂，其特征在于，所述的醚类溶剂为乙二醇二甲醚、二乙二醇甲醚、乙二醇一乙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、1,2-丙二醇-1-丁醚的一种或几种，优选的，为二乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、1,2-丙二醇-1-丁醚。

8.根据权利要求1所述的一种3d打印用粘结剂，其特征在于，所述有机酸为甲酸、乙酸、水杨酸、草酸、柠檬酸、苯甲酸中的一种或几种，优选的，为甲酸、乙酸和水杨酸。

9.权利要求1-8任一所述的一种3d打印用粘结剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.权利要求书1-8任一所述的一种3d打印用粘结剂应用于粉末材料3d打印，其特征在于，所述粘结剂的加入量占粉末材料重量的2％-8％。

技术总结
本发明涉及铸造辅材技术领域，提供一种3D打印用粘结剂，按照质量百分比计，配比组分包括:多元醇0.5％‑3％，聚合单体3％‑8％，改性剂0.5％‑5％，引发剂0.01％‑0.1％，水30％‑50％，醇类溶剂20％‑40％，醚类溶剂12％‑25％，有机酸0.01％‑0.5％；其中，所述多元醇为液态低聚合度聚乙二醇，所述引发剂为水溶性偶氮类引发剂，所述改性剂为低聚合度聚乙烯醇缩丁醛，所述聚合单体为1‑乙烯基‑2‑吡咯烷酮。本发明克服了现有技术中3D打印粉末用粘结剂粘接强度低、储存期短、打印后毛坯放置一段时间后强度降低的问题，粘结剂强度提升明显，粘结剂具有粘接强度高、储存时间长、毛坯强度高等优点，打印后的毛坯容易清粉，放置后毛坯强度稳定，并且粘结剂存储稳定，可满足金属粉末、陶瓷粉末等粉末材料的3D打印粘接使用。

技术研发人员：崔刚,李兵,何龙,杨洋,张龙江,严生辉
受保护的技术使用者：共享智能装备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13