本發(fā)明涉及3D打印領域，更具體地，涉及一種基于3D打印的全彩砂巖、全彩砂巖制品及其制備工藝。

背景技術：

3DP(Three Dimensional Printing)打印技術由美國麻省理工學院Emanual Sachs等人開發(fā)。這種方法成型速度快、成本低廉、設備空間占有率小，可以成為設計師辦公室的綠色桌面打印系統(tǒng)。3DP打印技術改變了以平面圖紙化為傳統(tǒng)的零件設計模式，實現了產品由概念設計向模型設計的立體化轉變。

3DP打印以軟件模擬為基礎，通過噴射粘結劑的方式，將氧化鋁、碳化硅、改性淀粉復合物、復合石灰石、廢礦渣，以及硫酸鹽、碳酸鹽和硅鋁化物等粉體及其復合材料逐層粘合，制造出的產品具有高強度、高硬度和耐磨性等特點。

當前社會，在以低碳環(huán)保和崇尚自然為時代主題的背景下，各種紋理絢麗多彩、健康環(huán)保又極富裝飾性的建筑材料、日常工藝品行業(yè)等獲得快速發(fā)展。其中，以全彩砂巖為代表的文化磚、卡通工藝品、手機App自掃描件等制品備受追捧。

全彩砂巖制品以人造大理石、人造崗石、石灰石、高強石膏、陶瓷基復合物、淀粉類復合物等不同規(guī)格的粉末為主體材料，粘結劑、促進劑、分散劑、稀釋劑、保水劑、固化劑等組分構成，通過真空澆注和振蕩壓制的技術得到。

傳統(tǒng)技術將不同目數的粉末顆粒按照級配工藝，與樹脂固化劑多次混合后進行澆注和固化。該工藝流程復雜，生產周期長，設備所占空間較大，加劇了生產過程中的粉塵漂浮現象。同時，受限于傳統(tǒng)技術及工藝的限制，得到的砂巖制品抗潮濕能力差，光照條件下容易褪色，這極大地降低了砂巖制品的使用壽命。

相比較而言，3DP打印方法降低了在成型過程中的材料消耗量，省去了傳統(tǒng)的澆注、壓制和加溫固化等工序，簡化了流程，提高了砂巖的成型效率。通過砂巖粉末的逐層疊加，3DP打印將三維實體成型變?yōu)槎S平面的增材過程，實現產品的可塑性設計和規(guī)?；鳂I(yè)，極大提高了砂巖制品的成型效率。

技術實現要素：

針對相關技術中的問題，本發(fā)明提供了一種基于3D打印的全彩砂巖、全彩砂巖制品及其制備工藝，克服了現有技術中粉末顆粒配制過程級配繁瑣、澆注工藝復雜、成型周期長，以及砂巖制品耐潮濕性能差、光照下表面易褪色的問題。

根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于3D打印的全彩砂巖，按質量百分比，包括：30.0％～85.0％的主體粉末、2.0％～15.0％的促凝劑、3.0％～15.0％的粘結劑和10.0％～40.0％的固化劑。

在上述全彩砂巖中，主體粉末的粒度為200～1500目。

在上述全彩砂巖中，主體粉末包括碳酸鈣、復合石膏粉、氫氧化鋁、改性淀粉復合物、超細碳化硅陶瓷中的一種或多種組合。

在上述全彩砂巖中，促凝劑包括硫酸鋁、硫酸鉀、碳酸氫鈉、明礬、聚合硫酸鋁、聚合氧化鋁、聚硅酸硫酸鐵、聚合硫酸氯化鐵鋁、聚環(huán)氧乙烷中的一種或多種組合。

在上述全彩砂巖中，按質量百分比，粘結劑由25.0％～99.0％的第一組分、0.5％～50.0％的第二組分和0.5％～25.0％的第三組分組成，其中，第一組份包括羧甲基纖維素鈉、淀粉、丁苯橡膠、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛中的一種或多種組合，第二組份包括硅烷偶聯(lián)劑KH-550、KH-560、KH-570以及三硬脂酯基鈦酸異丙酯粉末中的一種或多種組合，以及第三組份包括不同顏色染料的混合色粉。

在上述全彩砂巖中，按質量百分比，固化劑包括50.0％～95.0％的蒸餾水、1.0％～10.0％的增流劑、2.0％～15.0％的潤濕劑、1.5％～20.0％的增溶劑以及0.5％～5.0％表面活性劑，其中，增流劑包括聚乙烯吡咯烷酮、烷基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、羥化甲基丙烯酸烷基酯、N-羥甲基丙烯酰胺、衣康酸、馬來酸酐、乙烯基醚、烷基苯乙烯、二甲氨基乙基丙烯酸酯、丙烯酰胺、順丁烯二酸酐中的一種或多種組合，潤濕劑包括無水乙醇、丙二醇、甘油、二甲基亞砜中的一種或多種組合，增溶劑包括聚山梨酯、聚氧乙烯脂肪酸、異丙醇、吐溫20、吐溫40中的一種或多種組合，表面活性劑包括硬脂酸、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、卵磷脂、氨基酸酯、脂肪酸甘油酯、二辛基琥珀酸磺酸鈉、聚氧乙烯烷基苯酚醚中的一種或多種組合。

上述全彩砂巖經成型制備而成的全彩砂巖制品。

根據本發(fā)明的另一方面，還提供了一種制備上述全彩砂巖的工藝，包括以下步驟：將主體粉末、促凝劑和粘結劑按比例依次加入到機械混合設備中，球磨混合均勻，制得全彩砂巖粉末；將全彩砂巖粉末進行真空干燥，使用時，通過3D打印機噴頭噴射的方式，將干燥后的全彩砂巖粉末與固化劑混合，制得全彩砂巖。

在上述工藝中，還包括：將組成粘結劑的各組分依次投入到機械混合設備中，以直徑為的氧化鋯實心球體為球磨介質、球磨介質添加質量比為3：1～5：1以及攪拌轉速為200～1000r/min的條件下，球磨0.5～10.0h，制得粘結劑；以及將組成固化劑的各組分分別加入到密閉三口燒瓶中，在溫度10～50℃、轉速20～150r/min的條件下進行機械攪拌和混合處理，制得固化劑。

根據本發(fā)明的又另一個方面，還提供了一種上述全彩砂巖制品的工藝，以下步驟：通過蘸涂或浸漬涂覆的方式，對全彩砂巖進行表面強化處理；晾干，制得最終的全彩砂巖制品。

本發(fā)明通過自制砂巖粉末和固化劑等耗材，運用3DP快速成型的增材制造技術，制備得到具有高強度、高硬度、高表面光澤度的全彩砂巖制品。該技術大幅改善了傳統(tǒng)澆注和真空壓制成型工藝對砂巖原材料顆粒級配和耗材質量要求高、成型周期長和耐磨性能差的問題，極大地提高了生產效率，從根本上滿足了3DP打印全彩砂巖制品從傳統(tǒng)零件設計模式到立體化設計、從小批量作業(yè)到規(guī)?；a的工業(yè)化需求。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

針對澆注工藝中的受粉末顆粒級配工藝復雜、成型效率低和周期長的影響，而導致制品力學性能較低和容易褪色的問題，本發(fā)明提供了一種基于3D打印的全彩砂巖、全彩砂巖制品的其制備工藝，采用快速成型的3D快速成型技術，具有加工過程穩(wěn)定、成型效率高的優(yōu)點，能夠制備出具有高強度、高硬度、表面光澤度高的全彩砂巖制品。

本發(fā)明提供的基于3D打印的全彩砂巖，包括：30.0％～85.0％的主體粉末、2.0％～15.0％的促凝劑、3.0％～15.0％的粘結劑和10.0％～40.0％的固化劑。其中，主體粉末的粒度為200～1500目，包括碳酸鈣、復合石膏粉、氫氧化鋁、改性淀粉復合物、超細碳化硅陶瓷中的一種或多種組合。

促凝劑包括硫酸鋁、硫酸鉀、碳酸氫鈉、明礬、聚合硫酸鋁、聚合氧化鋁、聚硅酸硫酸鐵、聚合硫酸氯化鐵鋁、聚環(huán)氧乙烷中的一種或多種組合。

按質量百分比，粘結劑由25.0％～99.0％的第一組分、0.5％～50.0％的第二組分和0.5％～25.0％的第三組分組成，其中，第一組份包括羧甲基纖維素鈉、淀粉、丁苯橡膠、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛中的一種或多種組合，第二組份包括硅烷偶聯(lián)劑KH-550、KH-560、KH-570以及三硬脂酯基鈦酸異丙酯粉末中的一種或多種組合，以及第三組份包括紅、黃、藍、黑等不同顏色染料的混合色粉。

按質量百分比，固化劑為低粘度水性試劑，主要包括50.0％～95.0％的蒸餾水、1.0％～10.0％的增流劑、2.0％～15.0％的潤濕劑、1.5％～20.0％的增溶劑以及0.5％～5.0％表面活性劑，其中，增流劑包括聚乙烯吡咯烷酮、烷基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、羥化甲基丙烯酸烷基酯、N-羥甲基丙烯酰胺、衣康酸、馬來酸酐、乙烯基醚、烷基苯乙烯、二甲氨基乙基丙烯酸酯、丙烯酰胺、順丁烯二酸酐中的一種或多種組合，潤濕劑包括無水乙醇、丙二醇、甘油、二甲基亞砜中的一種或多種組合，增溶劑包括聚山梨酯、聚氧乙烯脂肪酸、異丙醇、吐溫20、吐溫40中的一種或多種組合，表面活性劑包括硬脂酸、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、卵磷脂、氨基酸酯、脂肪酸甘油酯、二辛基琥珀酸磺酸鈉、聚氧乙烯烷基苯酚醚中的一種或多種組合。

制備全彩砂巖制品的工藝

全彩砂巖制品的制備工藝，包括以下步驟：

一.按照全彩砂巖制品的原材料各組分質量百分比，分別稱取30.0～85.0％的主體粉末，2.0～15.0％的促凝劑以及3.0～15.0％的粘結劑按比例依次加入到機械混合設備中，球磨混合均勻，制得全彩砂巖粉末。其中，主體粉末和促凝劑均為市售產品。該步驟中，混合過程中采用混合設備GMJ-4-4L型罐式混料機、QM-2SP12型行星式混料機和JB200型高速混料機中的一種進行攪拌混合，其中，球磨介質采用氧化鋯實心球體，添加球磨介質質量比為3：1～5：1，混合罐內磨介直徑為，在攪拌轉速為200～1000r/min的條件下，球磨0.5～10.0h，制得均一、穩(wěn)定的全彩砂巖粉末。

其中，粘結劑由第一組份、第二組份、第三組分分別按照占粘結劑體系質量百分比25.0～99.0％、0.5～50.0％、0.5～25.0％進行配制，具體過程為：將三組分物料按照一定比例，依次投入到機械混合設備中。其中，使用混合設備為GMJ-4-4L型罐式混料機、QM-2SP12型行星式混料機和JB200型高速混料機中的一種進行攪拌混合，其中，球磨介質采用氧化鋯實心球體，添加球磨介質質量比為3：1～5：1，混合罐內磨介直徑為，在攪拌轉速為200～1000r/min的條件下，球磨0.5～10.0h，得到均一、穩(wěn)定的粘結劑組分。

二、將全彩砂巖粉末在真空干燥箱內以及在80～150℃下進行干燥，其中，干燥時間為0.5～26h。直接取出，將干燥后的砂巖粉末鋪滿3DP打印機的工作缸。砂巖粉末粒度小，顆粒容易團聚，吸附性較強。干燥后，能夠排出顆粒間的水分。同時，增大砂巖顆粒間的孔隙率和反應接觸點，為成型助劑的均一、穩(wěn)定存在增加位點，加速砂巖的硬化，提高成型材料的機械性能。

三、通過3D打印機噴頭噴射的方式，將干燥后的全彩砂巖粉末與固化劑混合，制得全彩砂巖。其中，固化劑的配置過程包括：將蒸餾水、增流劑、潤濕劑、增溶劑和表面活性劑各組分，按照50.0～95.0％、1.0～10.0％、2.0～15.0％、1.5～20.0％和0.5～5.0％的質量百分比，分別加入到密閉三口燒瓶中進行機械攪拌和混合處理。采用的設備為直立槳式攪拌或磁力式攪拌混合的方式進行。優(yōu)選的，設備參數設置為：轉速20～150r/min，時間0.1～20h，溫度10～50℃。采用該方法制得的固化劑澄清、透明，可長期放置而不變質。其中，設置3DP打印機運行參數，按照占全彩砂巖制品質量百分比10.0～40.0％的比例調整固化劑的噴出速率。同時，分別設定鋪粉輥轉速為500～3000r/min、打印層厚0.01～0.20mm、打印速率0.1～1.0層/min。

制備全彩砂巖制品的工藝，包括：

取出全彩砂巖，除去表面多余的粉末，然后，通過蘸涂或浸漬涂覆的方式，對全彩砂巖進行表面強化處理，處理頻率為0.1～10.0min處理一次，共處理1～5次，具體工藝實際情況而定。然后自然晾干，制得全彩砂巖制品。其中，強化試劑為以甲基、乙基、異丙基、異丁基、烷氧基乙基類、α-氰基丙烯酸酯膠系列、環(huán)氧樹脂AB組分膠、苯乙烯丙烯酸酯膠、聚氨酯系列為主的膠黏劑。

本發(fā)明通過自制砂巖粉末和固化劑等耗材，運用3DP快速成型的增材制造技術，制備得到具有高強度、高硬度、高表面光澤度的全彩砂巖制品。該技術大幅改善了傳統(tǒng)澆注和真空壓制成型工藝對砂巖原材料顆粒級配和耗材質量要求高、成型周期長和耐磨性能差的問題，極大地提高了生產效率，從根本上滿足了3DP打印全彩砂巖制品從傳統(tǒng)零件設計模式到立體化設計、從小批量作業(yè)到規(guī)?；a的工業(yè)化需求。

本發(fā)明對制備的原材料粉末進行密度、比表面積測試、硬化時間測試，以及全進行型材的表面硬度和抗壓強度測試。用TAP-2S振實密度儀測得振實密度，以及3H-2000PS1型比表面積孔徑分析儀測得比表面積。通過在硬化過程中，將質量為150g、直徑為1.5mm的試針垂直置于砂巖中，當試針沉降高度不超過0.2mm時，作為粉末硬化時間。用YAW-300D實驗室抗壓抗折強度測試儀測得抗拉強度，以及YMHV-1MD硬度計測試表面硬度。

實施例1

一、分別稱取200目質量含量為95％的碳酸鈣1.5Kg，質量占比30.0％；質量含量為98.0％的硫酸鋁0.75Kg，質量占比15.0％；以及0.75Kg的粘結劑，質量占比15.0％。

粘結劑的制備工藝具體如下：按照三組分質量百分比25.0％、50.0％、25.0％的比例，分別稱取羧甲基纖維素鈉、硅烷偶聯(lián)劑KH-550、紅色染料粉1.25Kg、2.50Kg和1.25Kg，依次加入到GMJ-4-4L型罐式混料機中，添加球料質量比為3：1的氧化鋯磨介，控制轉速為200r/min，混合5.3h后，得到混合均勻的粘結劑粉末。

二、混合，將步驟一中的碳酸鈣、硫酸鋁粉末和自制粘結劑，依次加入到QM-2SP12型行星式混料機中，添加球料質量比為3：1的氧化鋯磨介，控制轉速為600r/min，混合5.2h后，得到混合均勻的砂巖粉末。

三、干燥砂巖粉末，將步驟二中的砂巖粉末放置在真空干燥箱內進行熱干處理，干燥溫度為80℃溫度，干燥時間為26h。直接取出，將該200目砂巖粉末鋪滿3DP打印機工作缸內。

四、配制固化劑，將按照質量百分比50.0％、10.0％、15.0％、20.0％和5.0％的比例依次稱取新制得的蒸餾水、聚乙烯吡咯烷酮、無水乙醇、聚山梨酯和硬脂酸1.0.Kg、0.1Kg、0.15Kg、0.2Kg、0.05Kg加入到2.0L的密閉三口燒瓶為制備載體的CJB-A型直立攪拌槳裝置內?？刂茢嚢柁D速為85r/min，混合時間10.1h，加熱溫度30.0℃，得到澄清、透明的穩(wěn)定固化劑。

五、設置3DP打印機運行參數，按照占全彩砂巖耗材質量百分比40％的比例，調整固化劑的噴出速率。同時，設定鋪粉輥轉速為1750r/min，打印層厚1.0mm，打印速率0.5層/min。開始打印，直至打印完成整個制品和樣塊。

六、表面強化處理，取出成型制品，用軟質毛刷除去表面多余的砂巖粉末。然后，用另外新毛刷蘸取適量的烷氧基丙烯酸酯膠水，在5min內輕輕來回涂刷制品的各個表面，連續(xù)涂刷3次，至表面成光亮完成所有工序，自然晾干。

經過對樣塊進行測試，該碳酸鈣基體的砂巖粉末真實密度為2.23g/cm3，顆粒比表面積為0.65m2/g，振實密度為0.98g/cm3。初凝時間為10min，終凝時間為45min?？箟簭姸葹?0MPa，2h抗折強度3.4MPa，表面硬度4.2。

實施例2

一、分別稱取800目質量含量為99％的纖維石膏2.75Kg，質量占比55.0％；質量含量為99.5％的硫酸鉀0.40Kg，質量占比8.0％；以及0.45Kg的粘結劑，質量占比9.0％。

粘結劑的制備工藝具體如下：按照三組分質量百分比62.0％、25.3％、12.7％的比例，分別稱取淀粉、硅烷偶聯(lián)劑KH-560和藍色染料粉3.1Kg、1.265Kg、0.635Kg，依次加入到QM-2SP12型行星式混料機中，添加球料質量比為4：1的氧化鋯磨介，控制轉速為600r/min，混合0.5h后，得到混合均勻的粘結劑粉末。

二、混合，將步驟一中的纖維石膏、硫酸鉀粉末和自制粘結劑，依次加入到JB-200型高速混料機中，控制轉速為200r/min，混合10.0h后，得到混合均勻的砂巖粉末。

三、干燥砂巖粉末，將步驟二中的砂巖粉末放置在真空干燥箱內進行熱干處理，干燥溫度為115℃溫度，干燥時間為0.5h。直接取出，將該800目砂巖粉末鋪滿3DP打印機工作缸內。

四、配制固化劑，將按照質量百分比72.5％、5.5％、8.5％、10.8％和2.7％的比例依次稱取新制得的蒸餾水，以及甲基丙烯酸酯、丙二醇、異丙醇、十二烷基硫酸鈉1.45Kg、0.11Kg、0.17Kg、0.216Kg、0.054Kg加入到2.0L的密閉三口燒瓶為制備載體的CJB-A型直立攪拌槳裝置內?？刂茢嚢柁D速為150r/min，混合時間0.1h，加熱溫度50.0℃，得到澄清、透明的穩(wěn)定固化劑。

五、設置3DP打印機運行參數，按照占全彩砂巖耗材質量百分比28％的比例，調整固化劑的噴出速率。同時，設定鋪粉輥轉速為500r/min，打印層厚0.01mm，打印速率1.0層/min。開始打印，直至打印完成整個制品和樣塊。

六、表面強化處理，取出成型制品，用軟質毛刷除去表面多余的砂巖粉末。然后，用另外新毛刷蘸取適量的α-氰基基丙烯酸酯膠水，在10min內輕輕來回涂刷制品的各個表面，至表面成光亮完成所有工序，自然晾干。

經過對樣塊進行測試，該纖維石膏粉末基體的砂巖真實密度為2.86g/cm3，顆粒比表面積為3.92m2/g，振實密度為1.74g/cm3。初凝時間為2min，終凝時間為10min?？箟簭姸葹?3MPa，2h抗折強度7.5MPa，表面硬度7.1。

實施例3

一、分別稱取1500目質量含量為97％的氫氧化鋁4.25Kg，質量占比85.0％；質量含量為98.8％的碳酸氫鈉0.1Kg，質量占比2.0％；以及0.15Kg的粘結劑，質量占比3.0％。

粘結劑的制備工藝具體如下：按照三組分質量百分比99.0％、0.5％、0.5％的比例，分別稱取丁苯橡膠粉末、硅烷偶聯(lián)劑KH-570、黃色染料粉4.95Kg、0.025Kg、0.025Kg，依次加入到JB-200型高速混料機中，控制轉速為1000r/min，混合10h后，得到混合均勻的粘結劑粉末。

二、混合，將步驟一中的氫氧化鋁、碳酸氫鈉粉末和自制粘結劑，依次加入到GMJ-4-4L型罐式混料機中，添加球料質量比為5：1的氧化鋯磨介，控制轉速為1000r/min，混合0.5h后，得到混合均勻的砂巖粉末。

三、干燥砂巖粉末，將步驟二中的砂巖粉末放置在真空干燥箱內進行熱干處理，干燥溫度為150℃溫度，干燥時間為13h。直接取出，將該1500目砂巖粉末鋪滿3DP打印機工作缸內。

四、配制固化劑，將按照質量百分比95.0％、1.0％、2.0％、1.5％和0.5％的比例依次稱取新制得的蒸餾水，以及N-羥甲基丙烯酰胺、丙二醇、吐溫-20、卵磷脂1.9Kg、0.02Kg、0.04Kg、0.03Kg、0.01Kg加入到2.0L的密閉三口燒瓶為制備載體的CJB-A型直立攪拌槳裝置內?？刂茢嚢柁D速為20r/min，混合時間20h，加熱溫度10.0℃，得到澄清、透明的穩(wěn)定固化劑。

五、設置3DP打印機運行參數，按照占全彩砂巖耗材質量百分比10％的比例，調整固化劑的噴出速率。同時，設定鋪粉輥轉速為3000r/min，打印層厚2.0mm，打印速率0.1層/min。開始打印，直至打印完成整個制品和樣塊。

六、表面強化處理，取出成型制品，用軟質毛刷除去表面多余的砂巖粉末。然后，緩緩將制品和樣塊置于異丁基丙烯酸酯膠水中浸漬，在0.1min內浸透制品的各個表面，連續(xù)進行5次，至表面成光亮完成所有工序，自然晾干。

經過對樣塊進行測試，該氫氧化鋁粉末基體的砂巖真實密度為3.08g/cm3，顆粒比表面積為2.86m2/g，振實密度為1.68g/cm3。初凝時間為15min，終凝時間為57min?？箟簭姸葹?2MPa，2h抗折強度6.8MPa，表面硬度18.2。

實施例4

一、分別稱取200目質量含量為99％的纖維石膏1.5Kg，質量占比30.0％；質量含量為98.0％的明礬0.75Kg，質量占比15.0％；以及0.75Kg的粘結劑，質量占比15.0％。

粘結劑的制備工藝具體如下：按照三組分質量百分比62.0％、25.3％、12.7％的比例，分別稱取聚四氟乙烯、三硬脂酯基鈦酸異丙酯、黑色染料粉3.1Kg、1.265Kg和0.635Kg，依次加入到GMJ-4-4L型罐式混料機中，添加球料質量比為3：1的氧化鋯磨介，控制轉速為200r/min，混合10.0h后，得到混合均勻的粘結劑粉末。

二、混合，將步驟一中的纖維石膏粉、明礬粉末和自制粘結劑，依次加入到QM-2SP12型行星式混料機中，添加球料質量比為3：1的氧化鋯磨介，控制轉速為600r/min，混合10.0h后，得到混合均勻的砂巖粉末。

三、干燥砂巖粉末，將步驟二中的砂巖粉末放置在真空干燥箱內進行熱干處理，干燥溫度為80℃溫度，干燥時間為26h。直接取出，將該200目砂巖粉末鋪滿3DP打印機工作缸內。

四、配制固化劑，將按照質量百分比72.5％、5.5％、8.5％、10.8％和2.7％的比例依次稱取新制得的蒸餾水，以及烷基苯乙烯、二甲基亞砜、聚氧乙烯脂肪酸、脂肪酸甘油酯1.45Kg、0.11Kg、0.17Kg、0.216Kg、0.054Kg加入到2.0L的密閉三口燒瓶為制備載體的85-2C型磁力式攪拌裝置內?？刂茢嚢柁D速為85r/min，混合時間20h，加熱溫度30.0℃，得到澄清、透明的穩(wěn)定固化劑。

五、設置3DP打印機運行參數，按照占全彩砂巖耗材質量百分比40％的比例，調整固化劑的噴出速率。同時，設定鋪粉輥轉速為1750r/min，打印層厚0.01mm，打印速率0.5層/min。開始打印，直至打印完成整個制品和樣塊。

六、表面強化處理，取出成型制品，用軟質毛刷除去表面多余的砂巖粉末。然后，緩緩將制品和樣塊置于α-氰基基丙烯酸酯膠水中浸漬，在5min內浸透制品的各個表面，連續(xù)進行3次，至表面成光亮完成所有工序，自然晾干。經過對樣塊進行測試，該纖維石膏粉末基體的砂巖真實密度為2.82g/cm3，顆粒比表面積為3.74m2/g，振實密度為1.82g/cm3。初凝時間為3min，終凝時間為7min?？箟簭姸葹?2MPa，2h抗折強度7.9MPa，表面硬度8.3。

實施例5

一、分別稱取800目質量含量為97％的碳酸鈣2.75Kg，質量占比55.0％；質量含量為98.8％的硫酸鋁0.40Kg，質量占比8.0％；以及0.45Kg的粘結劑，質量占比9.0％。

粘結劑的制備工藝具體如下：按照三組分質量百分比99.0％、0.5％、0.5％的比例，分別稱取淀粉、任意比例硅烷偶聯(lián)劑KH-550和KH-560的粉末混合物、任意比例紅色和黃色的染料粉混合物4.95Kg、0.025Kg、0.025Kg，依次加入到JB-200型高速混料機中，控制轉速為600r/min，混合5.3h后，得到混合均勻的粘結劑粉末。

二、混合，將步驟一中的碳酸鈣、硫酸鋁粉末和自制粘結劑，依次加入到JB-200型高速混料機中，控制轉速為1000r/min，混合0.5h后，得到混合均勻的砂巖粉末。

三、干燥砂巖粉末，將步驟二中的砂巖粉末放置在真空干燥箱內進行熱干處理，干燥溫度為115℃溫度，干燥時間為13h。直接取出，將該800目砂巖粉末鋪滿3DP打印機工作缸內。

四、配制固化劑，將按照質量百分比95.0％、1.0％、2.0％、1.5％和0.5％的比例依次稱取新制得的蒸餾水，以及N-羥甲基丙烯酰胺、二甲氨基乙基丙烯酸酯、甘油、聚山梨酯、二辛基琥珀酸磺酸鈉1.9Kg、0.02Kg、0.04Kg、0.03Kg、0.01Kg加入到2.0L的密閉三口燒瓶為制備載體的85-2C型磁力式攪拌裝置內?？刂茢嚢柁D速為20r/min，混合時間10.0h，加熱溫度10.0℃，得到澄清、透明的穩(wěn)定固化劑。

五、設置3DP打印機運行參數，按照占全彩砂巖耗材質量百分比28.0％的比例，調整固化劑的噴出速率。同時，設定鋪粉輥轉速為3000r/min，打印層厚1.0mm，打印速率1.0層/min。開始打印，直至打印完成整個制品和樣塊。

六、表面強化處理，取出成型制品，用軟質毛刷除去表面多余的砂巖粉末。然后，用另外新毛刷蘸取適量的異丁基丙烯酸酯膠水，在0.1min內輕輕來回涂刷制品的各個表面，連續(xù)涂刷5次，至表面成光亮完成所有工序，自然晾干。

經過對樣塊進行測試，該碳酸鈣基體的砂巖粉末真實密度為2.48g/cm3，顆粒比表面積為1.32m2/g，振實密度為1.23g/cm3。初凝時間為15min，終凝時間為83min?？箟簭姸葹?7MPa，2h抗折強度4.8MPa，表面硬度3.7。

實施例6

一、分別稱取1500目質量含量為95％的氫氧化鋁4.25Kg，質量占比85.0％；質量含量為99.5％的明礬0.1Kg，質量占比2.0％；以及0.15Kg的粘結劑，質量占比3.0％。

粘結劑的制備工藝具體如下：按照三組分質量百分比25.0％、50.0％、25.0％的比例，分別稱取聚乙烯醇、任意比例的硅烷偶聯(lián)劑KH-570和三硬脂酯基鈦酸異丙酯粉末的混合物、任意比例的黃色和藍色染料粉的混合物1.25Kg、2.50Kg、1.25Kg，依次加入到QM-2SP12型行星式混料機中，添加球料質量比為5：1的氧化鋯磨介，控制轉速為1000r/min，混合0.5h后，得到混合均勻的粘結劑粉末。

二、混合，將步驟一中的氫氧化鋁、明礬粉末和自制粘結劑，依次加入到GMJ-4-4L型罐式混料機中，添加球料質量比為5：1的氧化鋯磨介，控制轉速為200r/min，混合5.2h后，得到混合均勻的砂巖粉末。

三、干燥砂巖粉末，將步驟二中的砂巖粉末放置在真空干燥箱內進行熱干處理，干燥溫度為150℃溫度，干燥時間為0.5h。直接取出，將該1500目砂巖粉末鋪滿3DP打印機工作缸內。

四、配制固化劑，將按照質量百分比50.0％、10.0％、15.0％、20.0％和5.0％的比例依次稱取新制得的蒸餾水，以及順丁烯二酸酐、丙二醇、異丙醇、十二烷基苯磺酸鈉1.0.Kg、0.1Kg、0.15Kg、0.2Kg、0.05Kg加入到2.0L的密閉三口燒瓶為制備載體的85-2C型磁力式攪拌裝置內?？刂茢嚢柁D速為150r/min，混合時間0.1h，加熱溫度50.0℃，得到澄清、透明的穩(wěn)定固化劑。

五、設置3DP打印機運行參數，按照占全彩砂巖耗材質量百分比10.0％的比例，調整固化劑的噴出速率。同時，設定鋪粉輥轉速為500r/min，打印層厚2.0mm，打印速率0.1層/min。開始打印，直至打印完成整個制品和樣塊。

六、表面強化處理，取出成型制品，用軟質毛刷除去表面多余的砂巖粉末。然后，緩緩將制品和樣塊置于環(huán)氧樹脂AB組分膠水中浸漬，在10min內浸透制品的各個表面，至表面成光亮完成所有工序，自然晾干。

經過對樣塊進行測試，該氫氧化鋁基體的砂巖粉末真實密度為3.26g/cm3，顆粒比表面積為2.79m2/g，振實密度為1.71g/cm3。初凝時間為14min，終凝時間為59min?？箟簭姸葹?4MPa，2h抗折強度7.0MPa，表面硬度17.6。

對比例

一、分別稱取200目質量含量為95％的纖維石膏1.5Kg，質量占比30.0％；質量含量為98.0％的硫酸鋁0.75Kg，質量占比15.0％；以及0.75Kg的粘結劑，質量占比15.0％。

粘結劑的制備工藝具體如下：按照三組分質量百分比25.0％、50.0％、25.0％的比例，分別稱取羧甲基纖維素鈉、硅烷偶聯(lián)劑KH-550、紅色染料粉1.25Kg、2.50Kg和1.25Kg，依次加入到GMJ-4-4L型罐式混料機中，添加球料質量比為3：1的氧化鋯磨介，控制轉速為200r/min，混合5.3h后，得到混合均勻的粘結劑粉末。

二、混合，將步驟一中的纖維石膏粉、硫酸鋁粉末和自制粘結劑，依次加入到QM-2SP12型行星式混料機中，添加球料質量比為3：1的氧化鋯磨介，控制轉速為600r/min，混合5.2h后，得到混合均勻的砂巖粉末。

三、干燥砂巖粉末，將步驟二中的砂巖粉末放置在真空干燥箱內進行熱干處理，干燥溫度為80℃溫度，干燥時間為26h。

四、配制固化劑，將按照質量百分比50.0％、10.0％、15.0％、20.0％和5.0％的比例依次稱取新制得的蒸餾水，以及聚乙烯吡咯烷酮、無水乙醇、聚山梨酯和硬脂酸1.0.Kg、0.1Kg、0.15Kg、0.2Kg、0.05Kg加入到2.0L的密閉三口燒瓶為制備載體的CJB-A型直立攪拌槳裝置內?？刂茢嚢柁D速為85r/min，混合時間10.1h，加熱溫度30.0℃，得到澄清、透明的穩(wěn)定固化劑。

五、澆注成型，將制品模型和樣品塊模具鋪滿步驟三制得的砂巖粉末。按照占砂巖耗材質量百分比40％的比例，向模具中快速加入步驟四制得的固化劑。

六、表面強化處理，取出成型制品，用軟質毛刷除去表面多余的砂巖粉末。然后，用另外新毛刷蘸取適量的烷氧基丙烯酸酯膠水，在5min內輕輕來回涂刷制品的各個表面，連續(xù)涂刷3次，至表面成光亮完成所有工序，自然晾干。

經過對樣塊進行測試，該纖維石膏基體的砂巖粉末真實密度為2.95g/cm3，顆粒比表面積為4.28m2/g，振實密度為1.83g/cm3。初凝時間為3min，終凝時間為9min。抗壓強度為79MPa，2h抗折強度7.7MPa，表面硬度6.9。

表1實施例1～6和對比例對應粉末原材料的性能指標

表2實施例1～6和對比例對應成型砂巖的硬化、力學性能指標

1.有益效果

通過實施例1～6和對比例，得出本發(fā)明的有益效果：

(1)從測試結果看，3DP快速增材制造技術應用廣泛，能夠滿足多種無機粉末材料的成型要求。本發(fā)明制備的全彩砂巖耗材硬化速度快、抗壓強度高、表面硬度高，綜合指標滿足不同行業(yè)需求。

(2)從工藝角度看，3DP成型技術成熟，工藝穩(wěn)定。對傳統(tǒng)澆注過程中出現的耗材制備工藝繁瑣和性能波動性大等問題進行有效改善，表明3DP打印能夠完全替代傳統(tǒng)砂巖生產工藝。

(3)本發(fā)明有效改善了傳統(tǒng)工藝占用場地多，對環(huán)境高能耗、高污染的局面，且生產周期短、效率高，可設計性強，能夠滿足不同耗材的應用需求，適合于3DP技術的產業(yè)化。

以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。