一種用于三維打印的光固化材料及其應用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于三維打印的光固化材料，由無機粉末和含可固化成分有機液體組成，所述無機粉末占總重量60%-99.9%，所述含可固化成分有機液體占總重量0.1-40%；所述無機粉末材料為陶瓷粉末或金屬粉末或陶瓷與金屬復合粉末。本發(fā)明還公開了光固化材料的應用方法。本發(fā)明為三維打印技術(shù)提供了更多的打印材料選擇空間，并可以實現(xiàn)利用三維打印技術(shù)制備同一平面由一種或多種陶瓷材料，或是金屬材料，或是陶瓷與金屬共存的三維立體結(jié)構(gòu)。
【專利說明】一種用于三維打印的光固化材料及其應用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于三維打印制造領(lǐng)域，具體涉及一種用于三維打印的光固化材料及其應用方法。

【背景技術(shù)】
[0002]三維打印技術(shù)近年來迅速發(fā)展并且成為研究熱點，其原理是將三維物象通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來，其過程如同打印機的打印過程，通過將粉料逐點打印成層，然后逐層疊加成三維實體的制備過程，具有精度高、速度快的特點，其最大的特點是從設(shè)計到成型一步到位，并且能夠制備結(jié)構(gòu)更為精密復雜的產(chǎn)品。因此，三維打印技術(shù)自面世以來迅速成為研究熱點，其應用范圍也迅速擴張到產(chǎn)品原型設(shè)計、精密零部件、建筑模型、醫(yī)療手術(shù)、藝術(shù)品等多個行業(yè)，并迅速發(fā)展了多種打印方式與打印材料。但是現(xiàn)有的打印技術(shù)與打印材料，只支持在同一平面上打印一種陶瓷或是金屬或是有機材料。其原因是不同三維打印技術(shù)的打印原理決定了在同一平面上只能完成一種材料的打印。如對于現(xiàn)有的金屬或是陶瓷打印的三維打印技術(shù)，基本都是采用鋪撒一層打印材料的粉末，然后按程序進行每一層圖形的激光燒結(jié)或是有機粘接，完成打印的一層往下下沉后再鋪撒新的一層打印材料粉末，依次循環(huán)因而難以在同一平面上完成不同材料的打印。而對于有機溶液的三維打印技術(shù)，如立體光刻成型技術(shù)，其原理是激光束在計算機的控制下根據(jù)分層數(shù)據(jù)連續(xù)掃描液態(tài)光敏樹脂表面，一層固化后工作臺下移一個精確距離，掃描下一層，依次循環(huán)，也只能完成一種有機材料的三維打印。目前還沒有那一種三維打印方式能很好的支持在同一個平面上同時打印不同成分的陶瓷材料或是金屬材料，以及陶瓷材料與金屬材料的混打，從而形成一個由不同陶瓷成分或金屬成分或是陶瓷與金屬共存的三維立體結(jié)構(gòu)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)利用光固化三維打印技術(shù)制備同一平面由一種或多種陶瓷材料，或是金屬材料，或是陶瓷與金屬共存的三維立體結(jié)構(gòu)的光固化材料及其應用方法。
[0004]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種用于三維打印的光固化材料，由無機粉末和有機液體組成，所述無機粉末占總重量60%-99.9%,所述有機液體占總重量
0.1-40% ;所述無機粉末材料為陶瓷粉末和金屬粉末。
[0005]進一步地，所述有機液體為可光固化的樹脂或是含有光固化樹脂的有機混合溶液。
[0006]進一步地，所述可光固化的樹脂為環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、純丙烯酸酯、有機硅低聚物、光固化聚丁二烯低聚物、有機-無機雜化樹脂中的一種或者多種。
[0007]進一步地，所述陶瓷粉末為氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鈹、粘土、碳酸鈣、氧化釔、氧化鎂、氧化硅、氧化鈣、滑石、氧化鉛、氧化鋇、氧化鉍的一種或者多種。
[0008]進一步地，所述金屬粉末為金、銀、銅、鋁、鎳、鎢、鈦、鈀、鋅中的一種或者多種。
[0009]上述的用于三維打印的光固化材料的應用方法，包括以下步驟:
1)將無機粉末材料與含有可固化成分的有機液體進行均勻混合，獲得具有一定流動性，能夠利用光固化原理三維打印設(shè)備進行打印固化的混合漿料；
2)通過光固化成型原理的三維打印設(shè)備將制備的一種或多種打印漿料進行打印并固化成型；所述的固化成型的三維結(jié)構(gòu)可以是一種陶瓷-光固化樹脂漿料打印而成，或是多種陶瓷-光固化樹脂漿料打印而成，或是一種金屬-光固化樹脂漿料打印而成，或是多種金屬-光固化樹脂漿料打印而成，或是一種或多種陶瓷-光固化樹脂漿料與一種或多種金屬-光固化樹脂漿料打印而成。
[0010]3)最后通過排膠處理，高溫燒結(jié)工藝除去有機成分，獲得所需結(jié)構(gòu)與成分的陶瓷、金屬，或是陶瓷金屬混合的三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。所述三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)品由一種或多種陶瓷成分組成的，或是一種或多種金屬成分組成，或是一種或多種陶瓷成分與一種或多種金屬成分共同組成。一般的三維打印過程不存在排膠處理過程，為本發(fā)明特有處理工藝，具體過程是打印后的樣品中含有無機成分與有機成分，將樣品加熱到高溫進行排膠處理，樣品中的有機成分可以分解燒蝕，只保留所需的無機成分。
[0011]進一步地，所述高溫燒結(jié)工藝包括空氣氣氛、氧化氣氛、還原氣氛或者真空環(huán)境下紅彡口 ?
[0012]進一步地，所述陶瓷粉末為氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鈹、粘土、碳酸鈣、氧化釔、氧化鎂、氧化硅、氧化鈣、滑石、氧化鉛、氧化鋇、氧化鉍的一種或者多種。
[0013]進一步地，所述金屬粉末為金、銀、銅、鋁、鎳、鎢、鈦、鈀、鋅中的一種或者多種。
[0014]進一步地，所述可光固化的樹脂為環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、純丙烯酸酯、有機硅低聚物、光固化聚丁二烯低聚物、有機-無機雜化樹脂中的一種或者多種。
[0015]本發(fā)明的原理為:利用無機粉末(可以是陶瓷粉末或是金屬粉末)與光固化樹脂合成具有流動性的復合漿料，該漿料在紫外光照射下能夠固化成型，利用紫外固化三維打印設(shè)備進行打印，由于該類型設(shè)備擁有多噴頭可實現(xiàn)不同材料的噴打，因此可以在不同平面上打印含有不同種類無機成分的無機-有機復合漿料，在邊打印邊固化后，將成型的無機-有機復合坯在高溫下熱處理，有機成分在600°C前可以完全分解，坯體只剩下設(shè)計所需的無機成分。再將這些無機成分組成的坯體在更高溫度下熱處理，可以使這些無機成分(陶瓷或金屬)燒結(jié)從而致密化，獲得設(shè)計所需的成品。該方案吸收了紫外固化成型三維打印技術(shù)能夠同時打印多種材料的優(yōu)勢，提供了一套制備無機-有機復合打印漿料，以及打印固化成型后后續(xù)的排膠、燒結(jié)工藝，形成了利用光固化成型三維打印制備能夠陶瓷、金屬、陶瓷與金屬共存的系統(tǒng)解決方案。
[0016]本發(fā)明中的三維打印的光固化材料，能夠使光固化類型三維打印設(shè)備制備陶瓷、金屬以及陶瓷與金屬的混合三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，并使三維打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)同一平面上打印多種陶瓷材料、金屬材料或是陶瓷材料與金屬材料的混合。所述三維打印的光固化材料及其應用方法豐富了三維打印材料，拓寬了三維打印制備領(lǐng)域。
[0017]有益效果:本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，能夠為三維打印技術(shù)提供了更多的打印材料選擇空間，并可以實現(xiàn)利用三維打印技術(shù)制備同一平面由一種或多種陶瓷材料，或是金屬材料，或是陶瓷與金屬共存的三維立體結(jié)構(gòu)。

【具體實施方式】
[0018]下面根據(jù)具體實施例對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0019]實施例1:
一種用于三維打印的光固化材料的應用:
1)取質(zhì)量比為60%氧化鋁粉體和40%的丙烯酸酯，將兩者進行混合均勻得到一定粘度的漿料；
2)利用具有光固化功能的三維打印設(shè)備將配好的漿料打印并固化成三維結(jié)構(gòu)；
3)將固化成型的樣品在200-600°C進行排膠處理，除去有機成分，并在1500-1800°C進行燒結(jié)處理，獲得所需成分、形狀的氧化鋁陶瓷。
[0020]實施例2:
一種用于三維打印的光固化材料的應用:
1)取質(zhì)量比為99.9%氮化鋁粉體和0.1%的丙烯酸酯，將兩者進行混合均勻得到一定粘度的漿料；
2)利用具有光固化功能的三維打印設(shè)備將配好的漿料打印并固化成三維結(jié)構(gòu)；
3)將固化成型的樣品在200-600°C進行排膠處理，除去有機成分，并在1500-1800°C進行燒結(jié)處理，獲得所需成分、形狀的氧化鋁陶瓷。
[0021]實施例3:
一種用于三維打印的光固化材料的應用:
1)取質(zhì)量比為70%氧化鋁粉體和30%的聚氨酯丙烯酸樹脂，將兩者進行混合均勻得到一定粘度的漿料；
2)利用具有光固化功能的三維打印設(shè)備將配好的漿料打印并固化成三維結(jié)構(gòu)；
3)將固化成型的樣品在200-600°C進行排膠處理，除去有機成分，并在1500-1800°C進行燒結(jié)處理，獲得所需成分、形狀的氧化鋁陶瓷。
[0022]實施例4:
一種用于三維打印的光固化材料的應用:
1)取質(zhì)量比為80%氧化鋁、粘土、碳酸鈣混合粉體和20%的改性丙烯酸酯、松油醇混合液體，進行混合均勻得到一定粘度的漿料；
2)利用具有光固化功能的三維打印設(shè)備將配好的漿料打印并固化成三維結(jié)構(gòu)；
3)將固化成型的樣品在200-600°C進行排膠處理，除去有機成分，并在1500-1800°C進行燒結(jié)處理，獲得所需成分、形狀的氧化鋁陶瓷。
[0023]實施例5:
一種用于三維打印的光固化材料的應用:
I)取重量比為87%金屬鎢粉體，3%氧化鋁粉體與10%的丙烯酸酯液體混合均勻，獲得具有一定粘度的漿料。
[0024]2)取重量比為80%-氧化鋁粉體與20%的丙烯酸酯液體混合均勻，獲得具有一定粘度的漿料。
[0025]3)利用光固化原理的三維打印設(shè)備將配制好的兩種漿料，通過在同一平面不同區(qū)域上打印不同的材料，并固化成型。
[0026]4)將固化成型的樣品在200-600 V進行排膠處理，除去有機成分，并在1500-1800°C進行燒結(jié)處理，獲得所需成分、形狀的氧化鋁、金屬鎢的混合三維立體樣品。
[0027]實施例6:
一種用于三維打印的光固化材料的應用:
I)取重量比為80%氧化鎂、氧化鈣、氧化硅混合粉體與20%的丙烯酸酯液體混合均勻，獲得具有一定粘度的漿料。
[0028]2)取重量比為60%-99.9%金粉體與0.1-40%的丙烯酸酯液體混合均勻，獲得具有一定粘度的漿料。
[0029]3)利用光固化原理的三維打印設(shè)備將配制好的兩種漿料，通過在同一平面不同區(qū)域上打印不同的材料，并固化成型。
[0030]4)將固化成型的樣品在200-600 V進行排膠處理，除去有機成分，并在800-1000°C進行燒結(jié)處理，獲得所需成分、形狀的低溫共燒陶瓷、金屬混合三維立體樣品。
[0031]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于三維打印的光固化材料，其特征在于:由無機粉末和含可固化成分有機液體組成，所述無機粉末占總重量60%-99.9%,所述含可固化成分有機液體占總重量0.1-40% ;所述無機粉末材料為陶瓷粉末或金屬粉末或陶瓷與金屬復合粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三維打印的光固化材料，其特征在于:所述含可固化成分有機液體為可光固化的樹脂或是含有光固化樹脂的有機混合溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于三維打印的光固化材料，其特征在于:所述可光固化的樹脂為環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、純丙烯酸酯、有機硅低聚物、光固化聚丁二烯低聚物、有機-無機雜化樹脂中的一種或者多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三維打印的光固化材料，其特征在于:所述陶瓷粉末為氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鈹、粘土、碳酸鈣、氧化釔、氧化鎂、氧化硅、氧化鈣、滑石、氧化鉛、氧化鋇、氧化鉍的一種或者多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三維打印的光固化材料，其特征在于:所述金屬粉末為金、銀、銅、鋁、鎳、鎢、鈦、鈀、鋅中的一種或者多種。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求廣5所述的用于三維打印的光固化材料的應用方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)取質(zhì)量比為60%-99.9%無機粉末和0.1-40%的光固化成分有機液體，將無機粉末材料與含有可固化成分的有機液體進行混合均勻得到一種混合漿料； 2)利用具有光固化功能的三維打印設(shè)備將配好的漿料打印并固化成三維結(jié)構(gòu)； 3)最后進行排膠處理除去有機成分，并通過高溫燒結(jié)工藝，獲得所需成分的三維結(jié)構(gòu)樣品。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于三維打印的光固化材料的應用方法，其特征在于:所述高溫燒結(jié)工藝包括空氣氣氛、氧化氣氛、還原氣氛或者真空環(huán)境下1500-180(TC燒結(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一類用于三維打印的光固化材料的應用方法，其特征在于:所述陶瓷粉末為氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鈹、粘土、碳酸鈣、氧化釔、氧化鎂、氧化硅、氧化鈣、滑石、氧化鉛、氧化鋇、氧化鉍的一種或者多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一類用于三維打印的光固化材料的應用方法，其特征在于:所述金屬粉末為金、銀、銅、鋁、鎳、鎢、鈦、鈀、鋅中的一種或者多種。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一類用于三維打印的光固化材料的應用方法，其特征在于:所述可光固化的樹脂為環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、純丙烯酸酯、有機硅低聚物、光固化聚丁二烯低聚物、有機-無機雜化樹脂中的一種或者多種。
【文檔編號】B22F3/115GK104149337SQ201410309767
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】陳寰貝, 李永彬, 夏慶水, 戴洲 申請人:中國電子科技集團公司第五十五研究所