[发明专利]一种3D打印用无机粘结剂及其制备方法

说明书

本发明在于提供一种3D打印用无机粘结剂及其制备方法，3D打印无机粘结剂包括配合使用的无机粘结剂和粉料促进剂，无机粘结剂与粉料促进剂的质量份数比为无机粘结剂：粉料促进剂＝100:10‑60；无机粘结剂包括以下质量份数的原料：硅酸钠溶液40‑70份，硅酸钾溶液10‑40份，γ氧化铝0.5‑10份，氢氧化钾0.5‑15份，氢氧化钠0.5‑15份，水溶性环氧树脂0.5‑10份，改性淀粉0.5‑10份，减水剂0.1‑3份，表面活性剂0.1‑3份。粉料促进剂包括以下质量份数的原料：硅灰40‑70份，超细氧化钙5‑20份，超细氧化钛0.5‑20份，超细氧化锆0.5‑10份，超细氧化锌1‑10份，超细氧化钇1‑10份，石墨0.5‑2份。使用本发明所述无机粘结剂，采用红外加热或热空气为硬化方式，可达到生产3D打印无机粘结剂砂芯的使用要求。

技术领域

本发明属于铸造领域，特别提供一种在3D打印砂芯生产过程中使用的无机粘结剂及其制备方法。

背景技术

目前铸造生产中使用的型砂粘结剂包括有机类和无机类，有机类粘结剂多为树脂聚合物，在铸造应用过程中污染严重，造型和浇注过程中更有刺激性气体释放，对操作者造成身体伤害并对环境严重污染。随着国家对环境保护的重视，对铸造行业污染排放的严格控制，无机粘结剂越来越受到国内外铸造同行的重视，其生产、造型、浇注过程无有害气体产生，旧砂可干法再生，是最有环保前景的铸造用粘结剂。

在20世纪50年代和20世纪60年代，广泛使用水玻璃砂的方法来制备砂型砂芯，该方法的缺点是所制得的型芯强度较低，为获得高强度砂型，加大水玻璃加入量，通常水玻璃加入量为8.0～10.0％，甚至更高，而在浇注之后，砂型残留强度很高，铸件很难与型砂分离。在过去几年中，已经进一步研究及改进无机粘结剂及其使用，能够减少无机粘结剂的加入量，但是须加热固化，对模具及工装要求较严格，而常温手工或生产线造型仍没有良好的方法对树脂类有机粘结剂进行替代。

近年来随着3D打印砂型在铸造行业中的逐步应用，其减少模具制作周期、小批量制作成型快、一体化成型、尽量少的组芯等优点被广泛认可，但目前3D打印砂型主要为3D打印激光烧结覆膜砂砂型与3D打印呋喃树脂砂砂型等有机粘结剂砂型，在制备砂型及浇注过程中，都存在有毒有害气体的产生。

发明内容

本发明针对无机粘结剂的特点及3D打印砂芯的使用要求提出一种适3D打印用无机粘结剂及其制备方法，开发出可替代目前有机粘结剂的无机粘结剂，3D打印无机粘结剂系统分为无机粘结剂和粉料促进剂液固两组分，无机粘结剂具有低粘度、高纯净度、高强度、高溃散性的特点，适用3D打印的技术要求，能够进行砂型及复杂砂芯的3D打印生产。

本发明技术方案如下：

一种3D打印用无机粘结剂，其特征在于，所述无机粘结剂为硅酸盐基的液体3D打印用无机粘结剂，包括以下质量份数的原料：硅酸钠溶液40-70份，硅酸钾溶液10-40份，γ氧化铝0.5-10份，氢氧化钾0.5-15份，氢氧化钠0.5-15份，水溶性环氧树脂0.5-10份，改性淀粉0.5-10份，减水剂0.1-3份，表面活性剂0.1-3份。

作为优选的技术方案：

所述硅酸钠溶液密度为1.2-1.6g/cm³，优选为1.35-1.45g/cm³，硅酸钾溶液密度为1.2-1.5g/cm³，优选为1.25-1.35g/cm³。

所述硅酸钠模数为1.6-4.0，优选为2.0-2.8，硅酸钾模数为1.6-3.0，优选为2.0-2.6。

所述减水剂为木质素磺酸盐、萘磺酸盐、磺化三聚氰胺甲醛树脂、氨基磺酸盐之一种或几种；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、月桂醇硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠，十二烷基苯磺酸钠，甘胆酸钠、甜菜碱型表面活性剂、椰油基葡糖苷、月桂基葡糖苷、鲸蜡硬脂基葡糖苷之一种或多种，用以降低无机粘结剂的粘度。