[发明专利]一种用于3D打印的纳米陶瓷材料及其3D打印成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料的3D打印成型方法，具体涉及一种用于3D打印的纳米陶瓷材料及其3D打印成型方法。

背景技术

3D打印技术又称增材制造技术，是快速成型领域的一种新兴技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。随着3D打印技术的发展和应用，材料成为限制3D打印技术未来走向的关键因素之一，在某种程度上，材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料、木质材料以及砂糖等食品材料也在3D打印领域得到了应用。

纳米陶瓷指在陶瓷材料的显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平（1～100nm），使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响，为替代工程陶瓷的应用开拓了新领域。纳米陶瓷作为新型的陶瓷材料，以其优异的性能，具有广阔的市场应用前景，但纳米陶瓷材料成型困难，成型工艺复杂，很难满足纳米陶瓷在生产生活中的应用。传统的纳米陶瓷成型方法都是通过将纳米粉制成块状纳米陶瓷材料，既通过某种工艺过程，除去孔隙，以形成致密的块材，而在致密化的过程中，又保持了纳米晶的特性，但存在成型周期长，工艺复杂，精度差，成型产品结构简单，应用面窄的缺陷。

将3D打印成型技术应用于纳米陶瓷材料，能改善纳米陶瓷材料的成型工艺，具有成型速度快，性能好，精度高，能成型复杂结构产品的优点，但纳米陶瓷材料成型后需保持其纳米级的晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平（1～100nm），是现今限制3D打印应用于纳米陶瓷材料成型的技术难点，保证3D打印成型后的纳米陶瓷材料的纳米晶的特性，是将3D打印成功应用于纳米陶瓷材料成型的关键。

发明内容

本发明针对目前纳米陶瓷材料成型存在成型周期长，工艺复杂，精度差，成型产品结构简单的缺陷提出了一种用于3D打印的纳米陶瓷材料及其3D打印成型方法，本发明利用无机粘土的高塑性和粘结性，以无机粘土为粘结剂，将纳米陶瓷颗粒与无机粘土混合，得到用于3D打印的纳米陶瓷材料，再通过3D打印成型，同时采用激光烧结，借助激光快速加热和冷却的特性，将无机粘土烧结形成纳米级的陶瓷晶粒，并与纳米陶瓷颗粒形成纳米陶瓷产品。

本发明一种用于3D打印的纳米陶瓷材料，其特征在于是一种含有纳米陶瓷颗粒的粘土混合物，其重量份组成为70-85份的纳米陶瓷颗粒、10-15份的粘土、15-20份的助剂。

上述一种用于3D打印的纳米陶瓷材料，其中所述的纳米陶瓷颗粒是粒度为10-100nm的氧化铝陶瓷颗粒、氧化镁陶瓷颗粒、二氧化硅陶瓷颗粒、碳化硅陶瓷颗粒、氮化硅陶瓷颗粒中的一种或多种。

上述一种用于3D打印的纳米陶瓷材料，其中所述的粘土为经过高温煅烧去除了有机质的粒径50-200nm的高岭土、蒙脱土中的一种或两种；所述的助剂包括10-15份的浸润剂和5-10份的增塑剂，浸润剂为水与乙醇按3∶2混溶的乙醇溶液，增塑剂为甘油。

上述一种用于3D打印的纳米陶瓷材料，通过以下3D打印成型方法进行成型，具体步骤如下：

1、提供3D打印的原料，既3D打印的纳米陶瓷材料；

2、提供一台粘土激光3D打印机，将步骤1的3D打印的纳米陶瓷材料放置于3D打印机料槽内；

3、使用计算机辅助设计软件绘制陶瓷产品的三维立体结构模型；

4、启动3D打印机，将所述陶瓷产品的三维立体结构模型文件导入到步骤2中的3D打印机中，并使3D打印机开始打印，打印时采用激光快速升温烧结和冷却，得到纳米陶瓷初胚；

5、将步骤4得到的纳米陶瓷初胚进行后期加工打磨，得到需要的纳米陶瓷产品。

上述一种用于3D打印的纳米陶瓷材料的3D打印成型方法，其中所述的粘土激光3D打印机其特点在于含有粘土打印头和激光发生器，能打印膏状材料并进行激光烧结。