[发明专利]一种3D打印用水泥材料及利用其成型复杂水泥工艺品的方法

说明书

本发明涉及一种3D打印用水泥材料及利用其成型复杂水泥工艺品的方法。该水泥材料包括水泥粉末和液体粘接剂，其中液体粘接剂由硼砂、碳酸钠、氯化钙中的一种与聚乙烯吡咯烷酮、水混合而成。以上述水泥材料结合3D打印技术可快速成型结构复杂的水泥工艺品，并且工艺简单、成本低、产品质量好。

技术领域

本发明涉及水泥3D打印技术领域，具体涉及一种组分简单、性能优异的3D打印用水泥材料及利用其成型复杂水泥工艺品的方法。

背景技术

水泥材料是当今社会最为重要的土木工程材料之一，为人类社会的发展与建设做出了不可估量的贡献，而随着社会科学技术的发展，水泥在其他方面的应用也越来越广泛，尤其是水泥工艺品在现代家装设计中越来越受到大家的青睐。针对水泥工艺品市场现状和实用价值进行分析，探析其在家装设计中的具体应用后发现，水泥工艺品不仅可以装饰点缀我们的生活空间，还可以改善家居环境、提高生活品质，满足我们追求舒适环保、个性简约的设计需求，以独特的视角展现全新的装饰美感。

目前，传统的复杂水泥构件成型方法为石膏模具预制成型法，该方法首先制备石膏模具，然后在石膏模具内涂抹油脂类脱模剂，在石膏模具合并对接处还需采用密封塑料布合并，再浇筑水泥材料，最后拆解石膏模具并对得到的复杂装饰水泥工艺品进行清洗等表面处理。上述方法不仅工序流程复杂，而且人工操作部分多，易出现瑕疵，对工人的熟练程度有较高要求，总之，传统的水泥工艺品成型方法存在很多不便之处。

3D打印技术与水泥材料相结合的3D打印水泥技术是一种新兴的水泥快速成型技术。该技术将材料填充到3D打印机中，设备读取模型后直接打印，形成高精度高品质的水泥模型，解决了制造工序繁琐、人力成本高、制作周期长等以前制备水泥复杂构件所存在的诸多问题。

目前市面上已经有许多较为成熟的3D打印水泥材料及相关打印技术，但通常针对的是建筑类应用场景，存在原料组分多、成分复杂、成本高、成型工艺复杂等问题。例如中国专利CN106278129A公开的一种3D打印用磷酸镁水泥快硬调湿材料，其成分多达上十种，成型工艺多达五六步，显然不能用来成型复杂水泥工艺品。此外，目前有所应用的3D打印水泥材料及技术直接用来成型复杂水泥工艺品往往表面精度以及力学性能达不到市场上的需求，出现断面以及易碎等缺陷。因此有必要开发一种新的、针对性更强的水泥工艺品用3D打印水泥材料及相关成型技术。

发明内容

本发明的目的在于解决传统水泥工艺品成型工艺复杂及现有3D打印水泥材料和成型方法不适宜制备水泥工艺品的问题，提供一种组分简单、性能优异的3D打印用水泥材料及利用其成型复杂水泥工艺品的方法。该方法利用水泥本身遇水硬化的特性，从3DP粉末打印机喷头喷出来的粘接剂与水泥粉末反应硬化，将每层粉末粘接在一起，由此打印出复杂的水泥工艺品模型。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种复杂水泥工艺品3D打印用水泥材料，包括水泥、液体粘接剂，所述液体粘接剂由硼砂、碳酸钠、氯化钙中的一种与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、水混合而成。

进一步的，所述液体粘接剂中硼砂或氯化钙或碳酸钠的质量分数为1-10wt％，聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为0.1-0.5wt％。可根据不同水泥的硬化速度调整粘接剂的含量，选择合适的凝结时间有助于打印成型。

进一步的，所述水泥选自磷酸镁水泥、磷酸钙水泥、硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥中的一种。

进一步的，所述水泥需要球磨成粉末状，筛选出粒径在100-200目之间的颗粒。

利用上述水泥材料成型复杂水泥工艺品的方法，包括以下步骤：(a)将水泥干磨，筛选出合适粒径的颗粒得到水泥粉末；(b)将硼砂或氯化钙或碳酸钠与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、水混合，搅拌均匀后得到液体粘接剂；(c)以水泥粉末和液体粘接剂为原料，利用3D打印机打印出复杂水泥工艺品样品，养护即得。