[发明专利]一种过滤用多孔陶瓷的三维打印成型制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维打印快速成型技术领域，具体涉及一种过滤用多孔陶瓷的三维打印成型制备方法。

背景技术

用于制备多孔陶瓷的成型方法与普通陶瓷的成型方法类似，主要有挤出成型、模压成型、注浆成型、流延成型等。这些传统的陶瓷成型方法大多用于制造结构简单的陶瓷产品，而对于结构特殊、形状复杂的陶瓷零件的制造则需设计出相应的模具，导致生产周期长、成本高，甚至难以制备出复杂结构零件，因此无法满足各工业领域对不同结构陶瓷零件的制造要求。3D打印技术作为一种增材制造技术，在制造特殊复杂结构的零部件时，具有传统成型技术无法比拟的优势，能实现复杂结构零件的生产要求，而且生产周期短，成本低，具有广泛的应用前景。所谓三维打印成形，是根据零件的三维结构模型数据，通过材料的层层堆积来完成物体制造的工艺技术。即首先设计出所要制造的零件的三维结构模型，然后对模型进行分层处理得到三维模型的截面轮廓信息，打印机控制系统根据这些截面轮廓数据，通过层层叠加的方式进行逐层打印，来实现目标零件打印成型。

目前，利用陶瓷材料制造陶瓷零件的三维打印技术主要是熔融沉积成型、光固化成型、粘结剂喷射成型、选择性激光烧结或融化等。

陶瓷的熔融沉积成型，主要是将陶瓷与高分子有机物混合配制，通过特殊工艺制成的细丝来打印三维的陶瓷坯体件。打印时，供料系统将陶瓷丝送入喷头并经过加热使陶瓷丝中的粘结剂融化，熔融的材料在压力作用下经过喷嘴挤出并沉积在打印机的工作台上；打印机控制系统控制打印头的移动，实现三维陶瓷件的打印成型。粘结剂喷射成型技术是，打印机按照目标零件截面轮廓信息，通过喷嘴向陶瓷粉末喷射结合剂，粘结剂将粉末连接在一起形成一层截面，工作台向下移动一层截面的距离，铺料装置重新铺粉，结合剂喷射连接，如此重复，直至陶瓷坯体打印成型。陶瓷光固化成型技术是先将陶瓷粉末与光敏树脂(含光引发剂、单体)、分散剂混合配置成悬浮液，打印时陶瓷中的树脂能在紫外光作用下固化成型，与树脂材料的光固化成型类似。选择性激光烧结的制造工艺是，首先制备用于三维打印的陶瓷成型材料，即用低熔点的高分子材料对陶瓷粉末进行覆膜处理，低熔点高分子材料被包裹在陶瓷粉体的表面，然后三维打印机利用激光对粉末材料进行逐步扫描，融化的高分子材料实现陶瓷颗粒之间的连接而得到坯体；陶瓷坯体经过干燥、排胶和烧结后，最终得到相应的陶瓷制品。

对于以上几种陶瓷三维打印技术来说，粘结剂喷射成型和SLS/SLM技术打印成型的陶瓷坯体，其颗粒之间连接疏松，坯体致密度低，烧结后收缩率大，易产生变形、裂纹等问题；且产生的疏松多孔结构，其气孔的孔径较大，通过成型工艺参数，难以调控孔径大小及孔隙率。陶瓷光固化成型技术，由于陶瓷浆料为悬浮液，与液体树脂不同，其固含量较高，流动性、均匀性、光固化特性较差，因而对陶瓷成型材料的制备要求很高。陶瓷FDM技术，需经过特殊工艺制造高性能要求的陶瓷丝，所用耗材生产成本高，且打印头需要安装加热装置，导致打印设备尤其是打印头结构的复杂性较高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种过滤用多孔陶瓷的三维打印成型制备方法，其可以打印成型特殊复杂结构的陶瓷零件，而且制造工艺简单，尤其是对成型材料的制备工艺技术要求较低。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种过滤用多孔陶瓷的三维打印成型制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1制备用于三维打印机打印的陶瓷材料，工艺如下：

1)将陶瓷粉末、造孔剂粉末混合搅拌，使粉料混合均匀；

2)将粘结剂、塑化剂、润滑剂分别或一起与溶剂配制成溶液或乳浊液待用；

3)将配制好的溶液或乳浊液按照次序加入混合，边加入边搅拌，使之均匀分散到固体粉料中，制成高塑性的陶瓷泥料；

4)将制成的陶瓷泥料放入三维打印机的料筒中，真空或半真空除气，密封保存，并在恒温恒湿的环境中进行陈化放置12h-48h，使陶瓷泥料各成分混合均匀，得到打印用陶瓷材料；

S2利用制备的打印用陶瓷材料，通过三维打印机打印多孔陶瓷坯体；

S3将打印后的多孔陶瓷坯体进行干燥、排胶和烧结，最终得到具有特定形状结构的多孔陶瓷。

按上述方案：步骤S2所述的打印成型的多孔陶瓷坯体的工艺具体如下：

1)利用三维建模软件构建目标陶瓷零件的三维结构模型，并转换为STL格式文件；

2)用三维打印机的分层软件对三维模型进行分层处理,然后将分层处理后数据文件导入打印机的制造程序中待用；