【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光固化陶瓷的3d打印方法。
技术介绍
1、陶瓷是当下人类日常生活和社会生产建设过程中不可或缺的重要材料，与陶瓷材料在多领域的应用展开相伴随的，是对于具备复杂几何形状和多材质的各种尺寸陶瓷材料需求的日益增加。相比于传统的制造技术，3d打印技术因其层层构建材料的制造方式，能够在不依赖模具的基础上，灵活高效地构筑成型复杂和精密的结构，并充分提升了设计自由度，存在着颠覆整个陶瓷制造行业的潜力。
2、目前对于较大尺寸的3d打印制件，可采用分块打印的方法，如申请号为cn201610497849.3的中国专利《基于三维打印技术的卫生陶瓷模具成型方法》公开了一种先通过三维打印机将3d模型先分块，再分块打印；再将所有部件逐一打磨和光顺，然后使用粘合剂将其粘接组装成塑料实体模型，再批量翻制即得到卫生陶瓷模具。申请号为201711153154.4的中国专利《3d打印大型雕塑模型的方法》公开的方法是：先利用普通打印设备，分块打印轻薄的模型，然后组装面用慢干树脂胶进行粘合组装。然而现有的依赖粘合剂的方法无法实现对陶瓷件的分块3d打印，因为陶瓷件的打印成型件(生坯)需要通过高温脱脂烧结成为陶瓷，过程最高温度一般达到1500～2000℃，用于粘合生坯界面的粘合剂或树脂胶在脱脂烧结过程中受热分解，致使组装界面分离，因而无法获得一体化的陶瓷材料。
技术实现思路
1、本专利技术要解决现有的方法无法实现对于陶瓷件的分块3d打印的技术问题，而提供一种模块化光固化3d打印陶瓷的方法，该方法既可成型
2、本专利技术的模块化光固化3d打印陶瓷的方法，包括以下步骤：
3、一、在电脑上使用软件将目标大尺寸结构陶瓷的3d模型拆分为互相连接的相同材质的模块，或者拆分为互相连接的材质呈梯度变化的模块，其中各模块的连接面为平面状连接界面；并将各模块的3d模型导入dlp打印机；
4、二、配制陶瓷浆料：称取丙烯酸酯单体、聚合丙烯酸酯、陶瓷粉末、分散剂、光引发剂并加入到球磨机中混合均匀，得到打印各模块的陶瓷浆料；其中聚合丙烯酸酯的质量为丙烯酸酯单体质量的3％～15％；
5、三、将与各模块相对应的陶瓷浆料注入dlp打印机的料槽中，启动，对各个模块进行光固化打印，得到多个模块的生坯；
6、四、将打印平台上的模块生坯取下，用水清洗模块表面的残留浆料；清洗干净晾干后，将乙酸正丁酯涂在各模块之间的连接界面上，并在界面两侧施加压力并保持10～30min，多个模块连为一体，得到一体化预制坯；
7、五、将一体化预制坯放入烧结炉中，以0.2～2℃/min的升温速率升温至120～125℃保温2～5h，再升温至150～155℃保温2～5h，最后升温至600～620℃保温2～5h进行脱脂；再经高温烧结，得到3d打印陶瓷。
8、更进一步地，步骤一中所述的丙烯酸酯单体为丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸新冰片酯、甲基丙烯酸新冰片酯和丙烯酸异冰片双酯中一种或几种的组合。
9、更进一步地，步骤一中所述的聚合丙烯酸酯的制备方法是：将向丙烯酸酯单体中加入占丙烯酸酯单体质量0.3％～8％的光引发剂，混合均匀后，用dlp打印机进行光固化3d打印，得到聚合丙烯酸酯。
10、更进一步地，相同材质的模块的陶瓷浆料，其中的陶瓷粉末为氧化铝陶瓷粉末或氧化锆陶瓷粉末。
11、更进一步地，步骤一中所述的材质呈梯度变化的模块，制备该模块的陶瓷浆料中的陶瓷粉末按模块的连接顺序，从第二个模块起，后一模块的陶瓷浆料中的陶瓷粉末是将前一模块的陶瓷浆料中的陶瓷粉末按其质量的5％～10％替换为不同种类的陶瓷粉末。由此构成的模块，新加入的陶瓷粉末呈现梯度变化。
12、更进一步地，材质呈梯度变化的模块的陶瓷浆料，第一模块的陶瓷浆料中陶瓷粉末为氧化铝陶瓷粉末，从第二个模块起，后一模块的陶瓷浆料中的陶瓷粉末是将前一模块的陶瓷浆料中的氧化铝陶瓷粉末按其质量的5％～10％替换为氧化锆陶瓷粉末。
13、更进一步地，步骤二中所述的分散剂为分散剂byk。
14、更进一步地，步骤二中所述的光引发剂为819或tpo光引发剂。
15、更进一步地，步骤二中所述的分散剂的质量为陶瓷粉末质量的1％～5％。
16、更进一步地，步骤二中所述的光引发剂的质量为丙烯酸酯单体与聚合丙烯酸酯质量之和的0.3％～8％。
17、更进一步地，步骤二中所述的陶瓷粉末的体积为混合后陶瓷浆料总体积的40％～50％。
18、更进一步地，步骤四中，乙酸正丁酯涂在连接界面上，乙酸正丁酯涂覆量为每平方厘米20μl～30μl；利用乙酸正丁酯浸润刺激模块的连接界面，由于乙酸正丁酯溶剂对于聚合丙烯酸酯的极强的溶解能力，使得界面处的聚合丙烯酸酯分子链解缠结，在界面处形成具有一定流动性的凝胶层结构。在外界压力下，连接界面处的两个凝胶层发生相互扩散运动，随着相互扩散和溶剂蒸发，在连接处形成一个新的结合面，从而实现生坯材料不依赖粘合剂或其他树脂胶的本体连接界面，如图1所示。
19、更进一步地，步骤五中所述的高温烧结是在温度为1600～1700℃的条件下烧结1～5h，所述的烧结温度和时间根据陶瓷种类来确定，对于不同材质的陶瓷，按烧结温度最高的材质来的确定烧结温度和时间。
20、本专利技术的模块化光固化3d打印陶瓷材料的方法是一种低成本、高效率的光固化3d打印成型大尺寸陶瓷和梯度陶瓷的方法，以溶剂响应的高分子聚合物树脂为基底配制得到的陶瓷打印浆料为基础，使用dlp打印机打印成型多个陶瓷生坯模块，采用溶剂刺激激活生坯模块表面，从而将陶瓷生坯模块焊接为整体，并经过脱脂、烧结工序后得到一体化结构完整的陶瓷材料，制备过程如图2所示。本专利技术突破了光固化3d打印样件尺寸受限于打印机规模的问题，使用成本更低的模块化打印构筑成型方法，具有如下的优点和有益效果：
21、1、突破光固化打印机的尺寸限制，使得光固化打印机具备跨尺寸打印能力。大尺寸陶瓷结构可以拆分为多个模块进行批次打印，从而一台光固化打印机通过对于模块的打印，可以制备成型超出其打印尺寸范围的陶瓷材料。
22、2、实现大尺寸陶瓷器件光固化低成本打印的。由于大器件可以通过多个模块进行拼接成型，且打印成型的模块可以长期保存，因此可以使用一台打印机多次打印得到全部模块，或者可以在一次打印过程中获得多个陶瓷模块。
23、3、实现材质梯度陶瓷器件的光固化低成本打印。通过配制基于不同陶瓷粉末的陶瓷浆料，并将其打印成型为多个异质模块，从而只需要更换不同的陶瓷浆料即可实现异质陶瓷的打印，无需进行设备的改装和设计，节省了成本。
24、4、实现陶瓷打印的跨时空合作能力。对于同一陶瓷材料的不同模块可以由分布在不同位置的打印机在不同的时间进行打印，随后将打印成型的生坯模块密封保存后发送往同一地方进行连接，随后脱脂烧结得到一体化陶瓷材料。
25、5、提高陶瓷本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模块化光固化3D打印陶瓷的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的一种模块化光固化3D打印陶瓷的方法，其特征在于，步骤一中所述的丙烯酸酯单体为丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸新冰片酯、甲基丙烯酸新冰片酯和丙烯酸异冰片双酯中一种或几种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的一种模块化光固化3D打印陶瓷的方法，其特征在于，步骤一中所述的聚合丙烯酸酯的制备方法是：将向丙烯酸酯单体中加入占丙烯酸酯单体质量0.3％～8％的光引发剂，混合均匀后，用DLP打印机进行光固化3D打印，得到聚合丙烯酸酯。
4.根据权利要求1或2所述的一种模块化光固化3D打印陶瓷的方法，其特征在于，步骤一中所述的相同材质的模块，制备该模块的陶瓷浆料中的陶瓷粉末为氧化铝陶瓷粉末或氧化锆陶瓷粉末。
5.根据权利要求1或2所述的一种模块化光固化3D打印陶瓷的方法，其特征在于，步骤一中所述的材质呈梯度变化的模块，制备该模块的陶瓷浆料中的陶瓷粉末按模块的连接顺序，从第二个模块起，后一模块的陶瓷浆料中的陶瓷粉末是将前一模块的陶瓷浆料中的陶瓷粉
6.根据权利要求1或2所述的一种模块化光固化3D打印陶瓷的方法，其特征在于，步骤二中所述的分散剂为分散剂BYK。
7.根据权利要求1或2所述的一种模块化光固化3D打印陶瓷的方法，其特征在于，步骤二中所述的光引发剂为819或TPO光引发剂。
8.根据权利要求1或2所述的一种模块化光固化3D打印陶瓷的方法，其特征在于，步骤二中所述的分散剂的质量为陶瓷粉末质量的1％～5％。
9.根据权利要求1或2所述的一种模块化光固化3D打印陶瓷的方法，其特征在于，步骤二中所述的光引发剂的质量为丙烯酸酯单体与聚合丙烯酸酯质量之和的0.3％～8％。
10.根据权利要求1或2所述的一种模块化光固化3D打印陶瓷的方法，其特征在于，步骤二中所述的陶瓷粉末的体积为混合后陶瓷浆料总体积的40％～50％。
...【技术特征摘要】
1.一种模块化光固化3d打印陶瓷的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的一种模块化光固化3d打印陶瓷的方法，其特征在于，步骤一中所述的丙烯酸酯单体为丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸新冰片酯、甲基丙烯酸新冰片酯和丙烯酸异冰片双酯中一种或几种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的一种模块化光固化3d打印陶瓷的方法，其特征在于，步骤一中所述的聚合丙烯酸酯的制备方法是：将向丙烯酸酯单体中加入占丙烯酸酯单体质量0.3％～8％的光引发剂，混合均匀后，用dlp打印机进行光固化3d打印，得到聚合丙烯酸酯。
4.根据权利要求1或2所述的一种模块化光固化3d打印陶瓷的方法，其特征在于，步骤一中所述的相同材质的模块，制备该模块的陶瓷浆料中的陶瓷粉末为氧化铝陶瓷粉末或氧化锆陶瓷粉末。
5.根据权利要求1或2所述的一种模块化光固化3d打印陶瓷的方法，其特征在于，步骤一中所述的材质呈梯度变化的模块，制备该模块的陶瓷浆料中的陶...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜再兴，张骥驰，张大伟，董继东，高国林，李冰，吴亚东，纪媛，任丽萍，柳韵，杨铭，刘一洁，范明月，王何睿，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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