一種連續(xù)無(wú)機(jī)纖維增強(qiáng)陶瓷及其3d打印成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷材料的3D打印成型方法，具體涉及一種連續(xù)無(wú)機(jī)纖維增強(qiáng)陶瓷及其3D打印成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)又稱增材制造技術(shù)，是快速成型領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，材料成為限制3D打印技術(shù)未來(lái)走向的關(guān)鍵因素之一，在某種程度上，材料的發(fā)展決定著3D打印能否有更廣泛的應(yīng)用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細(xì)胞生物原料、木質(zhì)材料以及砂糖等食品材料也在3D打印領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
[0003]利用3D打印技術(shù)來(lái)成型制備陶瓷產(chǎn)品具有成型速度快，性能好，精度高，能成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，被人們所接受并在各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，但陶瓷本身的易脆性并沒有得到改善和提高，在粘土中加入長(zhǎng)纖維等材料后采用傳統(tǒng)的成型方法進(jìn)行成型，會(huì)嚴(yán)重影響其塑性，導(dǎo)致無(wú)法成型或成型困難，而常用的3D打印陶瓷材料為經(jīng)過(guò)燒結(jié)處理的陶瓷微粒，不再適合加入增韌材料對(duì)陶瓷進(jìn)行增強(qiáng)增韌，也不適合3D打印技術(shù)對(duì)陶瓷材料的成型工藝，因而，陶瓷材料的易脆性一直未得到很好的解決辦法，也嚴(yán)重制約了陶瓷產(chǎn)品在生活中的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)目前陶瓷材料易脆的缺點(diǎn)提出了一種連續(xù)無(wú)機(jī)纖維增強(qiáng)陶瓷及其3D打印成型方法，利用3D打印粘土材料與連續(xù)纖維的復(fù)合，制備得到一種具有高強(qiáng)度和高韌性的陶瓷材料，擴(kuò)展了陶瓷材料的應(yīng)用范圍，也促進(jìn)了3D打印技術(shù)在陶瓷材料成型中的應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明一種連續(xù)無(wú)機(jī)纖維增強(qiáng)陶瓷，其特征在于是一種含有連續(xù)無(wú)機(jī)纖維材料的陶瓷材料，其原材料包括80-90份的3D打印粘土材料和5-15份的連續(xù)無(wú)機(jī)纖維。
[0006]上述一種連續(xù)無(wú)機(jī)纖維增強(qiáng)陶瓷，其中所述的3D打印粘土材料由50-65份的粘土，30-45份的潤(rùn)濕劑，0-30份的骨料和5-10份的增塑劑通過(guò)混合得到;所述的無(wú)機(jī)連續(xù)纖維為玄武巖纖維、玻璃纖維、碳纖維、碳化硅纖維、氮化硅纖維、氮化硼纖維中的一種或多種。
[0007]上述一種連續(xù)無(wú)機(jī)纖維增強(qiáng)陶瓷，其中所述的粘土為經(jīng)過(guò)高溫煅燒去除了有機(jī)質(zhì)的細(xì)度為800-2000目的高嶺土、蒙脫土中的一種或兩種;所述的骨料為細(xì)度為500-2000目的水白云母粉末、蒙脫石粉末、石英粉末和長(zhǎng)石粉末中的一種或多種;所述的潤(rùn)濕劑為水與乙醇按1:1混溶的乙醇溶液;所述的增塑劑為甘油、植物油中的一種或兩種。
[0008]上述一種連續(xù)無(wú)機(jī)纖維增強(qiáng)陶瓷，是通過(guò)以下3D打印成型方法制備得到的，具體步驟如下:
1、提供3D打印的原料，包括80-90份的3D打印粘土材料和5-15份的連續(xù)無(wú)機(jī)纖維； 2、提供一臺(tái)連續(xù)長(zhǎng)纖維粘土3D打印機(jī)，將步驟I的3D打印粘土材料放置于3D打印機(jī)料槽內(nèi)，將連續(xù)無(wú)機(jī)纖維放置在料盤上；
3、使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件繪制陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型；
4、啟動(dòng)3D打印機(jī)，將所述陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型文件導(dǎo)入到步驟2中的3D打印機(jī)中，并使3D打印機(jī)開始打印，得到陶瓷胚體；
5、設(shè)置燒結(jié)曲線，將步驟4得到的陶瓷胚體在600-800°C的溫度下預(yù)燒結(jié)16-20h，在1200-1500°C的溫度下燒結(jié)3-4h，然后進(jìn)行冷卻，制得連續(xù)無(wú)機(jī)纖維增強(qiáng)陶瓷產(chǎn)品。
[0009]上述一種連續(xù)無(wú)機(jī)纖維增強(qiáng)陶瓷的3D打印成型方法，其中所述的連續(xù)長(zhǎng)纖維粘土3D打印機(jī)其特點(diǎn)在于其打印頭由內(nèi)外重疊雙頭復(fù)合而成，內(nèi)為纖維牽引頭，外為粘土噴頭；打印時(shí)，膏狀粘土材料和纖維同時(shí)出料，粘土材料將纖維包覆然后擠出，進(jìn)行打印成型。
[0010]本發(fā)明利用了3D打印粘土材料高塑性的特點(diǎn)，在成3D打印成型過(guò)程中添加連續(xù)無(wú)機(jī)纖維材料對(duì)陶瓷材料進(jìn)行增強(qiáng)改性，最后經(jīng)過(guò)燒結(jié)得到具有高強(qiáng)度和高韌性的陶瓷材料，解決了陶瓷制品易碎的缺陷，擴(kuò)大了陶瓷產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，該成型方法工藝簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)，促進(jìn)了 3D打印成型技術(shù)在生活中的推廣應(yīng)用，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
[0011]本發(fā)明突出的特點(diǎn)和有益效果在于:
1、本發(fā)明解決了陶瓷制品易碎的缺陷，制備得到了具有高強(qiáng)度和高韌性的陶瓷材料產(chǎn)品O
[0012]2、本發(fā)明直接用粘土材料和連續(xù)無(wú)機(jī)纖維材料作為原料，成本低廉，原料易得。
[0013]3、本發(fā)明成型方法工藝簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下通過(guò)【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0015]實(shí)施例1
1、提供3D打印的原料，包括80份的3D打印粘土材料和15份的連續(xù)無(wú)機(jī)纖維；
2、提供一臺(tái)連續(xù)長(zhǎng)纖維粘土3D打印機(jī)，將步驟I的3D打印粘土材料放置于3D打印機(jī)料槽內(nèi)，將連續(xù)無(wú)機(jī)纖維放置在料盤上；
3、使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件繪制陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型；
4、啟動(dòng)3D打印機(jī)，將所述陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型文件導(dǎo)入到步驟2中的3D打印機(jī)中，并使3D打印機(jī)開始打印，得到陶瓷胚體；
5、設(shè)置燒結(jié)曲線，將步驟4得到的陶瓷胚體在600°C的溫度下預(yù)燒結(jié)16h，在1200°C的溫度下燒結(jié)3h，然后進(jìn)行冷卻，制得連續(xù)無(wú)機(jī)纖維增強(qiáng)陶瓷產(chǎn)品。
[0016]其中步驟I中的3D打印粘土材料由50重量的高嶺土、1重量份的水白云母粉末加、30重量份的水與乙醇按1:1混溶的乙醇溶液、5重量份的甘油混合而成;所述的無(wú)機(jī)連續(xù)纖維為玄武巖纖維。
[0017]實(shí)施例2
1、提供3D打印的原料，包括90份的3D打印粘土材料和5份的連續(xù)無(wú)機(jī)纖維；
2、提供一臺(tái)連續(xù)長(zhǎng)纖維粘土3D打印機(jī)，將步驟I的3D打印粘土材料放置于3D打印機(jī)料槽內(nèi)，將連續(xù)無(wú)機(jī)纖維放置在料盤上；
3、使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件繪制陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型；
4、啟動(dòng)3D打印機(jī)，將所述陶瓷產(chǎn)品的三維立體