[发明专利]一种应用于3D打印的粘结剂组合物及其使用方法

说明书

本发明公开了一种应用于3D打印的粘结剂组合物及其使用方法；所述粘合剂组合物包含以下组分：5~15重量%的聚合物、1~5重量%的稳定剂、0.2~3重量%的表面活性剂、77~93.8重量%的溶剂；其使用方法为将所述粘合剂组合物转移至3DP打印设备喷射装置进行粉末3D打印。本发明公开的粘合剂组合物对金属粉末、陶瓷粉末以及金属陶瓷复合粉末有良好的粘结效果，打印的生坯材料具有良好的机械性能。本发明实现了金属、陶瓷及金属陶瓷复合材料的复杂结构制品的快速制造，节约了生产成本。

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及应用于3D打印的粘结剂组合物及其使用方法。

背景技术

3DP（three-dimensional printing）技术，又称为粘合剂喷射（binder jetting）技术，是增材制造的一种方法。该技术的实施过程主要包括先将粉末状材料或浆料铺展成一层，然后喷射粘合剂选择性地粘合每层中所需形状的粉末材料。随着打印的进行，每一个打印层将粘合在一起，形成具有所需零件几何形状的粘合在一起的粉末层。然后可以根据需要通过加热或其他方式以固化粘合剂，之后通过“脱脂”的过程去除粘合剂。再进行后处理，例如烧结或熔渗，以获得打印制品所需的机械性能。这种技术具有打印大尺寸零部件、无需支撑、制造速度快和材料成本低的优点。

在3DP打印工艺过程中，一般要求用于喷射的粘合剂具有适当的流变学和稳定性，以便用喷墨打印头沉积，充分润湿粉末床以实现适当的渗透，并且要求粘合剂有足够的粘合强度，提供打印生坯足够的结构完整性。因此，用于3DP的粘合剂配方设计非常重要。此外，打印分辨率也取决于粘合剂的配方。

已知3DP技术应用于粉末3D打印时主要使用有机粘合剂溶液。为满足喷射条件，粘结剂溶液需具备低粘度以及较低的表面张力。因此粘合剂溶液多采用低分子量的聚合物，导致粘结强度低，生坯机械性能差。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种应用于3D打印的粘结剂组合物及其使用方法。本发明的目的是使粘合剂组合物对金属粉末、陶瓷粉末以及金属陶瓷复合粉末有良好的粘结效果，打印的生坯材料具有良好的机械性能，实现金属、陶瓷及金属陶瓷复合材料的复杂结构制品的快速制造，节约生产成本。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种应用于3D打印的粘结剂组合物，所述组合物包含5~15重量%的聚合物、1~5重量%的稳定剂、0.2~3重量%的表面活性剂和77~93.8重量%的溶剂。

优选的，所述聚合物选自聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺中的一种或多种。

优选的，聚合物的重均分子量在9000~50000之间。聚合物分子量对粘合剂溶液的喷射性影响较大，在保证合适的溶液粘度和表面张力的情况下，选择高分子量的聚合物，以提高其最终的粘结性。

优选的，所述稳定剂选自乙二醇、丙二醇、乙二醇醚、丙三醇中的一种或多种，但不仅限于这几种。在粘合剂配方中添加合适的稳定剂有助于稳定体系中的悬浮的聚合物固体，防止其沉降，在打印过程中堵塞喷嘴。此外，当选择聚乙烯亚胺作为聚合物组分、多元醇作为稳定剂组分时，在打印之后的固化过程中聚合物与多元醇发生交联反应，提高粘合剂的粘结性。

优选的，所述表面活性剂选自2-乙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇、异丙醇、炔二醇、二甲基硅油中一种或多种，但不仅限于这几种。表面活性剂的主要作用是降低粘合剂溶液的表面张力，便于粘合剂液滴喷射，同时提高粘合剂组合对粉末的润湿和渗透性，便于打印机快速打印，同时提高打印层与层之间的粘结。

最优选的，表面活性剂选自炔二醇类表面活性剂。常见的商品化的产品有现有技术赢创公司生产的surfynol 104、surfynol 104PG50、surfynol 104BC产品。