[发明专利]一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料、陶瓷件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料、陶瓷件及其制备方法，该原料制备方法包括：1)按配方比例取各原料并初步混合得初混料，所述初混料的陶瓷粉末固含量最高可达到95wt％；2)将所述初混料采用球磨方式或反复压制破碎方式获得混合均匀且粒径在指定范围的粉料，即为所述高固含量光敏陶瓷原料。该陶瓷件的制备方法包括：1)将上述原料进行逐层铺料及逐层镭射成型；2)对得到的半成品进行初步烧结；3)水浸或超声震荡使未镭射部分脱落；4)高温烧结，即得。优点为，采用固体材料进行3D打印，制造的陶瓷半成品的固含量可高达95％，因烧结脱脂而缩小的比例小，大大提高了制造精度且不易变形。

技术领域

本发明属于陶瓷的光固化成型技术，具体涉及一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料、陶瓷件及其制备方法。

背景技术

陶瓷材料硬度高，脆性大，传统机加工很难适用于陶瓷材料上，其中3D打印是一种较为常见的制造陶瓷的新方式。在诸多陶瓷3D打印技术中，基于立体光刻原理的陶瓷SLA-3D打印技术具有成形质量高、制备零件尺寸范围大、致密度接近理论值等优势，是未来陶瓷3D打印技术发展的重要趋势之一。陶瓷SLA-3D打印的工作原理是：首先3维零件的支撑、分层等数据导入打印机系统中，打印机根据该数据对光敏陶瓷浆料选择性固化；每完成一层浆料固化，3D打印机成形平台下降一个层厚并再铺设新的浆料，最终以层层叠加的形式完成零件胚体的制造；最后陶瓷胚体经过脱脂、烧结等后处理工艺实现致密化。在SLA-3D打印陶瓷技术中，光敏陶瓷原料的属性直接影响最终陶瓷零件的性能，在整个技术流程中占有重要地位。

目前常见的3D打印陶瓷，采用液态流体材料配方，具有固含量低，一般为50％左右，烧结出来的产品将会缩小50％，具有最终精度难于把控，烧结脱脂容易产生形变等缺点。

发明内容

本发明提供一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料、陶瓷件及其制备方法，旨在克服现有技术中的光敏陶瓷原料为液态流体材料时带来的烧结时收缩严重、易变形、最终精度难于把控等问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)按配方比例取各原料并初步混合得初混料，所述初混料中包括陶瓷粉末和光敏树脂，所述初混料中陶瓷粉末的含量最高可达到95wt％；

2)将所述初混料采用球磨方式或反复压制破碎方式获得混合均匀且粒径在指定范围的粉料，即为所述高固含量光敏陶瓷原料。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的具体选择。

具体的，步骤1)中所述初混料中陶瓷粉末和光敏树脂的含量分别为60-95wt％和5-40wt％。

具体的，步骤1)中的初混料中还可以包括1-10wt％的其他助剂，所述其他助剂为稀释剂和分散剂中的一种或多种。

具体的，步骤2)中的球磨方式为：将初混料放入球磨罐，加入无水乙醇，没过原料，进行球磨混料，混料充分后，倒出材料进行烘干，放置于不超过50℃的烘干箱进行烘干，直到无水乙醇完全挥发，再进行研磨得到粉末，即为所述高固含量光敏陶瓷原料。

具体的，步骤2)中的反复压制破碎方式为：将初混料放置于平板压模设备上压制成薄片，再将薄片打碎为粉末，再重复压制并打碎，多次重复，直至压制的薄片表面特征一致后，再次打碎后并充分研磨，得所述高固含量光敏陶瓷原料。

具体的，步骤2)中粉料粒径的指定范围为0.1-10μm。

另外，本发明还提供了一种基于固体材料光固化成型的3D打印高固含量光敏陶瓷原料，其通过上述的方法制备得到。

此外，本发明还提供了一种基于光固化成型的3D打印高固含量陶瓷件的制备方法，其包括如下步骤：