一種打印金屬、陶瓷制品的水溶型墨水的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于3D打印金屬、陶瓷及其復（混）合材質制品水溶型墨水，以及該墨水打印出來的成型品經塑化、脫粘、燒結得到所需材質制品的方法。墨水材料組成質量比：30%—70%材質組份(金屬、合金、陶瓷等)；1%—9%高分子材料組份(己內酰胺、2-吡咯烷酮、聚對苯二甲酸丙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、鄰苯二甲酸酐、鄰苯二甲酰亞胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸聚甲基丙烯酸及其共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚馬來酸酐、開普氏樹脂、聚二甲基二烯丙基氯化銨、溶于水的纖維素、單鏈聚氨酯等的一種或一種以上)；69%—21%水。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用三維打印技術制造金屬、陶瓷及其復(混）合材質制品的水溶型 墨水。由該墨水打印出來的成型品經蒸發(fā)塑化、脫粘、燒結得到所需材質的制品。 一種打印金屬、陶瓷制品的水溶型墨水

【背景技術】
[0002] 在此處鍵入【技術領域】描述段落。三維打印是當前極為熱門的新型數(shù)字制造技術。 現(xiàn)在市場上流行的3D打印技術有：3DP技術；FDM熔融層積成型技術；SLA立體平板印刷技 術；SLS選區(qū)激光燒結技術；DLP激光成型技術；UV紫外線成型技術等。
[0003] 采用3DP技術的3D打印機使用標準噴墨打印技術，通過將液態(tài)連結體鋪放在粉末 薄層上，以打印橫截面數(shù)據(jù)的方式逐層創(chuàng)建各部件，得到三維實體制品。該技術一般只能打 印石骨制品。
[0004] FDM熔融層積成型技術是將絲狀的熱熔性材料加熱熔化，同時三維噴頭在計算機 控制下，根據(jù)截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺上，快速冷卻后形成一層截面。 一層成型完成后，機器下降一個高度(分層厚度)再成型下一層，直至形成整個實體造型。主 要適用于成型小塑料件。
[0005] SLA立體平板印刷技術以光敏樹脂為原料，通過計算機控制激光，按制品的各分層 截面信息在液態(tài)的光敏樹脂表面進行逐點掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層產生光聚合反應而 固化，形成制品的一個薄層。一層固化完成后，工作臺下移一個層厚度的距離，然后在原先 固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂，直至得到實體制品。
[0006] SLS選區(qū)激光燒結技術是通過預先在工作臺上鋪一層粉末材料(金屬粉末或非金 屬粉末)，然后讓激光在計算機控制下按照界面輪廓信息對實心部對分粉末進行燒結，然后 不斷循環(huán)，層層堆積成型。
[0007] DLP激光成型技術類似SLA立體平版印刷技術，不同的是使用高分辯率的數(shù)字光 處理器（DLP)投影器來固化液態(tài)光聚合物，逐層進行光固化得到實體制品。
[0008] UV紫外線成型技術和SLA立體平板印技術比較類似，不同的是它利用UV紫外線照 射液態(tài)光敏樹脂。
[0009] 上述技術中所用材料限于樹脂、石膏的多，光敏樹脂價格昂貴，制品適用面有限； 石膏制品只能作為裝飾、模型等使用；SLS選區(qū)激光燒結技術對金屬粉末或非金屬粉末要 求十分苛刻，適用品種少，價格昂貴。因此，開發(fā)出來源廣、價格低的打印材料，是3D制造技 術發(fā)展的重要方面。


【發(fā)明內容】

[0010] 在此處鍵入【技術領域】描述段落。本發(fā)明一種打印金屬、陶瓷制品的水溶型墨水，是 一種來源廣、價格低的金屬、陶瓷及其復(混）合材料的打印原料。該打印材料由水，溶解于 水的高分子材料，金屬、陶瓷及其復(混）合粉末的材質材料、助劑四部分組成。
[0011] 墨水中的材質材料采用何種粉末，由所制造的目標產品規(guī)定的材質決定。包括：一 種金屬粉末或多種金屬粉末的混合物，比如鐵粉(需經防銹處理)、鈷粉、鑰粉、鉻粉、鈮粉、 鎳粉、錳粉、鎢粉、銅粉、鋁粉等等及其兩種或兩種以上不同比例粉末的混合物；多種金屬的 合金粉末，比如不同牌號的不銹鋼粉末、低合金粉末；陶瓷粉末，包括：氧化物陶瓷，比如氧 化鋯、氧化鋁等，氮化物陶瓷，比如氮化硅、氮化鋁等，碳化物陶瓷，比如碳化硅等；金屬陶瓷 復(混）合材料，比如鐵鍍氧化鋁、鐵鍍氧化鋯，鎳鍍氧化鋁、鎳鍍氧化鋯。
[0012] 墨水中的水選擇純凈水、蒸餾水、去了離子水等。
[0013] 墨水中的高分子材料粘結劑指在常溫或100°C以下，能夠溶解于水的高分子材料， 包括：但不限于己內酰胺、2-吡咯烷酮、聚對苯二甲酸丙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、 聚乙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、鄰苯二甲酸酐、鄰苯二甲酰亞胺、聚丙烯酰胺、 聚丙烯酸聚甲基丙烯酸及其共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、 聚馬來酸酐、開普氏樹脂、聚二甲基二烯丙基氯化銨、甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基纖 維素、羥丙基纖維素、羥乙基甲基纖維素、聚氨酯(單鏈）等。
[0014] 本發(fā)明所述墨水各組份質量比為：材質組份30% -70% ;商分子材料組份1%-9% ； 水 69% - 21%。
[0015] 其制作方法如下：將適量的分散劑、懸浮劑等助劑和高分子材料溶解于水，攪拌均 勻；再加入材質粉末攪拌均勻，密封保存。
[0016] 其中高分子組份由兩種或兩種以上能溶于水，且熔融分解點不同的高分子材料組 成。
[0017] 本發(fā)明所述墨水在供3D打印時，必須在每層打印過程中加溫將水蒸發(fā)，并使高分 子材料塑化，以獲得完整、有一定強度的實體制品。
[0018] 本發(fā)明打印所得到塑化后的實體制品，需經脫除高分子材料、燒結，最后獲得所需 材質的制品。
[0019] 在設計所需的三維制品時，應考慮到脫除高分子材料后純材質制品的收縮量，放 大設計尺寸。
[0020] 實施例
[0021] 實施例一 打印不銹鋼制品的墨水。質量比1. 5%聚乙烯醇1799,0. 5%聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸共 聚物，50%蒸餾水，48%316L不銹鋼粉末。將質量比1. 5%聚乙烯醇1799,0. 5%聚丙烯酸、聚 甲基丙烯酸共聚物，溶解于50%65°C蒸餾水中，攪拌均勻，加入質量比48%316L不銹鋼粉末， 攪拌均勻，得到打印不銹鋼制品的水溶型墨水。該墨水用于3D噴墨打印機打印已設計好的 制品，打印過程中對打印室加熱至115°C，將墨水中的水蒸發(fā)，同時使打印的制品每層得到 塑化，打印得到設計的成型品。成型品經210°C真空脫除8小時，脫除聚乙烯醇1799 ;升溫 至310°C真空脫除6小時，脫除聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸共聚物。升溫至1360°C燒結8小時， 得到打印不銹鋼制品。
[0022] 實施例二 打印陶瓷制品墨水。質量比2%己內酰胺，0. 5%聚馬來酸酐，65%蒸餾水，32. 5%氧化鋯 粉末。將質量比2%己內酰胺，0. 5%聚馬來酸酐，溶解于70°C 65%蒸餾水，攪拌均勻，加入
【權利要求】
1. 一種用于制造供3D打印的金屬、陶瓷及其復(混)合材料制品的水溶型墨水，及該墨 水打印出來的成型品經塑化、脫粘、燒結得到所需材質制品的方法。
2. 權利要求1所述墨水的制造方法，先將高分子材料溶于水，制取均勻的水溶液，再根 據(jù)設計制品的材質要求，加入金屬或陶瓷或金屬陶瓷復(混）合粉末，攪拌均勻。
3. 權利要求1所述墨水的材料組成質量比：30% - 70%材質組份（金屬、合金、陶瓷等粉 末）；1% - 9%高分子材料組份（己內酰胺、2-吡咯烷酮、聚對苯二甲酸丙二醇酯、聚對苯二 甲酸丁二醇酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、鄰苯二甲酸酐、鄰苯二甲酰亞 胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸聚甲基丙烯酸及其共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚 乙烯基吡咯烷酮、聚馬來酸酐、開普氏樹脂、聚二甲基二烯丙基氯化銨、溶于水的纖維素、單 鏈聚氨酯等的一種或一種以上）；69% - 21%水。
4. 利用權利要求1所述墨水，在3D打印機打印成型品過程中，需對打印室加溫，使每個 打印層的水份得到蒸發(fā)和高分子材料得到塑化，蒸發(fā)、塑化溫度在100 - 210°C之間。
5. 利用權利要求4所述打印、塑化后的成型品，需對成型品中所含的高分子材料進行 脫除（即脫粘)，脫粘溫度在100- 500°C之間，脫粘時間在2 - 20小時之間，脫除方法可采用 水解分解脫除、熱熔融分解脫除、酸催化分解脫除，脫除設備可選擇真空脫粘燒結爐、專用 脫粘爐等。
6. 權利要求5所述脫粘后的打印成型品，需進行燒結，使其達到設計所需要的性能，燒 結可使用真空燒結爐、網帶燒結爐或推桿燒結爐等。
【文檔編號】B22F3/10GK104057084SQ201310089907
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月20日 優(yōu)先權日:2013年3月20日
【發(fā)明者】高為鑫, 王飛, 戴靜 申請人:江蘇天一超細金屬粉末有限公司