[发明专利]用于粘结剂喷射3D打印的水基粘结剂、制备及应用

说明书

本发明涉及粘结剂喷射3D打印技术领域，提供了一种用于粘结剂喷射3D打印的水基粘结剂、制备及应用，所述粘结剂组分包括溶剂、基体、增强体、快干剂、渗透剂和表面活性剂；溶剂为去离子水，基体为PVA，增强剂为PAA，快干剂为IPA，渗透剂为乙二醇丁醚或乙二醇甲醚，表面活性剂为十二烷基硫酸钠或APG烷基糖苷2000；通过不同快干剂与渗透剂的配比，制备出适应于不同层厚的3D打印产品。本发明粘结剂在保证坯体强度的同时适用于不同层厚的产品，具有重要商业价值；本发明在制备出坯体烧结过程中只产生CO₂和H₂O，环保清洁；本发明使用相对含量较少的醚类，极大提高粘结剂对金属粉末的浸润性，提高打印坯体的强度。

技术领域

本发明涉及粘结剂喷射3D打印技术领域，特别涉及一种用于粘结剂喷射3D打印的水基粘结剂、制备及应用。

背景技术

粘结剂喷射(BJ)3D打印方法，作为增材制造的一种，于1993年在麻省理工学院诞生。该技术涉及喷墨喷嘴，该喷嘴将粘合剂喷涂在塑料粉末床表面上。粘合剂在空气中挥发会固化。

粘结剂喷射3D打印方法与涉及到使用高能束的3D打印方法相比，具有更高的打印速度和更低的成本。其中，粘合剂的组成和工艺参数是该技术的两个关键因素；因此寻找适配于不同层厚打印产品的粘结剂至关重要。

发明内容

本发明的目的就是至少克服现有技术的不足之一，提供了一种用于粘结剂喷射3D打印的水基粘结剂、制备及应用，本发明制备的粘结剂在保证低粘度及低表面张力的特征，同时提供了足够的坯体强度，并且降低了粘结剂的固化时间，具有重要的商业推广价值。

关于本发明粘结剂组分的考虑，主要基于粘结剂的可喷射性和对粉末的粘结强度两个方面出发。首先，在确保粘结剂可喷射性方面，需要保证粘结剂的粘度在9-15cps，表面张力在25-40mN·m^-1范围内；这对粘结剂的基体选择有着关键且具限制性的作用，目前用于金属3DP打印的多为酚醛树脂，粘结剂气味重，有害于操作人健康；打印后，需进行进一步处理，使其固化充分；脱脂过程，挥发性有机化合物VOC含量高。而选用PVA基体则可避免以上问题，兼具成本低、无毒和环保的特点。而在添加剂的选择，经过大量实验及精心选择，则是同时确保了坯体强度和打印速度两方面。最终的配方，由于是水基粘结剂，适配于市面上所有喷头；保证坯体强度的同时，适用于不同层厚的打印产品，具有重要的商业推广价值；脱脂过程，只产生CO₂和H₂O，具有环保的特点；并且成本低，制作工艺简单。

一方面，本发明提供了一种用于粘结剂喷射3D打印的水基粘结剂，所述粘结剂的组分包括溶剂、基体、增强体、快干剂、渗透剂和表面活性剂；所述溶剂为去离子水，所述基体为PVA(聚乙烯醇)，所述增强剂为PAA(聚丙烯酸)，所述快干剂为IPA(异丙醇)或乙醇，所述渗透剂为乙二醇丁醚或乙二醇甲醚，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠或APG烷基糖苷2000。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述粘结剂的组分按质量份数为：100份去离子水，4-5份PVA，0.5-1份PAA，5份IPA，2.5份乙二醇丁醚或乙二醇甲醚，0.5份十二烷基硫酸钠或APG烷基糖苷2000；该组分配比的粘结剂用于打印层厚为0.12mm的3D产品。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述粘结剂的组分按质量份数为：100份去离子水，4-5份PVA，0.5-1份PAA，2.25份IPA，2.25份乙二醇丁醚或乙二醇甲醚，0.5份十二烷基硫酸钠或APG烷基糖苷2000；该组分配比的粘结剂用于打印层厚为0.15mm的3D产品。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述粘结剂的组分按质量份数为：100份去离子水，4-5份PVA，0.5-1份PAA，2.5份IPA，5份乙二醇丁醚或乙二醇甲醚，0.5份十二烷基硫酸钠或APG烷基糖苷2000；该组分配比的粘结剂用于打印层厚为0.20mm的3D产品。