[发明专利]基于废料回收的3D打印玻璃浆料及其制备和打印方法

说明书

本发明公开了一种基于废料回收的3D打印玻璃浆料，所述玻璃浆料含有高纯SiO₂废料、光敏预聚物单体、交联剂、填充剂、光引发剂、光阻剂，所述高纯SiO₂废料的亚微米粒径分布为100～400nm、纯度为99.9999％、球形度为98.5％、比表面积为23.02～27.65m²/g；本发明还公开了一种基于废料回收的3D打印玻璃浆料的制备方法和3D打印方法，将玻璃部件的三维立体结构模型切片处理，将玻璃浆料倒入打印机树脂槽中，开启固化光源，将玻璃部件的立体模型二维截面图像多次光固化后得到胚体，脱脂烧结，得到石英玻璃成形件。本发明大大降低了原料成本，且配制的浆料固相含量相对较低，能够减小石英玻璃成形件的收缩率。

技术领域

本发明涉及废料回收和3D打印技术领域。更具体地说，本发明涉及一种基于废料回收的3D打印玻璃浆料及其制备和打印方法。

背景技术

石英玻璃是氧化硅单一成分的非晶态材料，其微观结构是由氧化硅四面结构体结构单元组成的单元网络，由于Si-O化学键能很大，结构很紧密，所以石英玻璃具有独特的性能，尤其透明石英玻璃的光学性能非常优异，在紫外到红外辐射的连续波长范围都有优良的透射比。

然而，采用传统高温熔融法制备石英玻璃易引入杂质，导致纯度低、光谱透过率差，严重影响其光学性能；化学合成法制备的石英玻璃生产设备复杂、成本高、产量低；尽管溶胶凝胶法制备成本较低，但制备过程中石英玻璃胚体易开裂，导致成品率不高。此外，因为石英玻璃熔化温度高、粘度大、制备过程中气泡难以排出，采用热成形工艺制备复杂形状的石英玻璃难度高，所以只能借助简单的模具获得棒状、块状、石英管、石英坩埚等简单结构的石英产品。石英玻璃材料硬度低、较脆，机械加工复杂形状效率低，一般只用来处理玻璃表面。化学刻蚀和等离子刻蚀等技术只能进行各向同性刻蚀、速度慢，且氢氟酸危险性较大。

3D打印技术的出现为在全数字化制造过程中制造复杂形状的石英玻璃开辟了全新的可能性。在众多3D打印技术当中，光固化3D打印技术可以制造出尺寸小、精度高、透过性能和机械性能优良的石英玻璃器件。因此，光固化3D打印技术也被认为是最有希望实现复杂玻璃精密制造的一项技术。但目前报导的打印浆料均采用纳米气相SiO₂作为原料，此种原料成本较高，且配制的浆料固相含量相对较低。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种基于废料回收的3D打印玻璃浆料及其制备和打印方法，提高浆料中的固相含量，使浆料粘度低、分散性好、稳定性高，使其可通过连续快速面投影打印技术实现快速高精度打印成型，从而获得高精度的复杂结构石英玻璃器件。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于废料回收的3D打印玻璃浆料，所述玻璃浆料含有高纯SiO₂废料、光敏预聚物单体、交联剂、填充剂、光引发剂、光阻剂，所述高纯SiO₂废料的亚微米粒径分布为100～400nm、纯度为99.9999％、球形度为98.5％、比表面积为23.02～27.65m²/g。

优选的是，所述高纯SiO₂废料占所述玻璃浆料总重量的56.69～60.29％。

优选的是，按质量份数记，所述高纯SiO₂废料为56.69～60.29份、所述光敏预聚物为24.27～29.20份、所述交联剂为2.47～2.97份、所述填充剂为11.67～14.04份、所述光引发剂为0.28份、所述光阻剂为0.004份。

优选的是，所述玻璃浆料为剪切变稀的非牛顿流体，所述玻璃浆料在1×10²～2×10³s^-1高剪切速率下的稳定粘度为1.27～1.48Pa·s，6h后的沉降比例在88.47～91.60％。