一种3d打印用料浆喷雾固化定型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种3D打印用料浆喷雾固化定型方法，属于先进快速制造中的材料制备领域。
【背景技术】
[0002]3D打印技术是快速成型技术的一种，其基本成型过程是利用分层切片软件，沿工件模型的高度方向对模型进行分层切片，得到各层截面的2D轮廓图，之后3D打印机按照这些2D轮廓截面图分层沉积材料，形成一系列2D截面薄面层，再喷射固化剂使片层与片层之间相互黏结，进而打印出3D工件实体。
[0003]3D打印固化剂喷射技术是利用喷头对“墨水”层进行喷射黏结剂或自由基催化剂使“墨水”层固化定型的一种工艺，但在传统3D打印喷射固化剂过程中，热泡式喷头只能喷射可被蒸发的水溶性固化剂，喷头存在热应力，寿命较短，另外对粉体冲击力较大，使打印出来的零件表面质量较差。喷头移动速度较慢，打印效率较低。喷射固化剂量用量无法精确控制，易出现零件易“坍塌”等问题。
[0004]本发明提供了一种3D打印用料浆喷雾固化定型方法，首先由一个3D打印机喷头将粉或者料浆直接在3D打印机工作台上打印出零件前“墨水”层，然后由一个喷雾器向零件前“墨水”层喷洒固化剂，使前“墨水”层充分黏结固化成形，之后进行下一个零件“墨水”层打印，进而构建出成形构件。与传统3D打印粘结剂喷射技术相比，存在粘结剂用量少，铺展比较均匀，生产效率高，流程简单，易操作等优点。目前，还未见到在3D打印过程中采用喷雾固化定型方法的相关报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的提供了一种3D打印用料浆喷雾固化定型方法，能在打印零件过程中对坯体进行全方位均匀快捷固化定型。
[0006]本发明通过以下技术方案来实现:
[0007]一种3D打印用料浆喷雾固化定型方法，其特征在于所述的3D打印喷雾固化定型方法包括下列步骤:
[0008]I) “墨水”料浆制备:将有机单体甲基丙烯酸羟乙酯、溶剂甲苯、引发剂过氧化二苯甲酰混合均匀配制成混合液，在剪切搅拌下向混合液中加入超细粉末，制备成高固相低粘度的“墨水”料浆。
[0009]2)前“墨水”层打印:3D打印机按照2D轮廓截面程序图打印出前“墨水”层；
[0010]3)喷雾固化定型:喷雾器按照液体固化剂与待固化粉体质量比0.01%?2%，将液体固化剂雾化成细小的雾珠，雾珠均匀得落入“墨水”层表面，形成厚度为Ium?200um固化层，将前“墨水”层固化定型；
[0011]4)后“墨水”层打印:在前“墨水”层固化定型之后，3D打印机按照2D轮廓截面图程序打印后“墨水”层；
[0012]5)循环打印，直至完成打印工作；
[0013]6)零件坯体成形。
[0014]所述的粉末为金属粉末、磁性合金粉末、陶瓷粉末。
[0015]所述的粉末粒径为I?50um。
[0016]所述的液体固化剂为甲氧基聚乙二醇、环氧树脂、乙二胺、聚醚酰亚胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、松香酒精、蔗糖、N，N-二甲基苯胺、甘油和硅胶的一种。
[0017]所述的雾珠粒径为0.01?1mm。
[0018]所述的喷雾器为挤压式喷雾器、离心式喷雾器和超声式喷雾器的一种。
[0019]本发明与现有喷射技术相比具有以下优点:
[0020]I)固化剂喷洒均匀:固化剂形成微小雾珠喷洒在粉体表面，“墨水”层中存在细小的毛细管，可以依靠毛细管形成的负压将固化剂均匀得吸附在表面。
[0021]2)零件性能好:利用传统固化剂喷射技术，固化剂在一定压力作用下通过喷嘴形成具有一定冲击力的流体，当流体冲击“墨水”层表面时，造成“墨水”层表面出现不同程度缺陷，最终导致打印出来的零件组织不均匀，存在孔洞。如果冲击力更大，零件将出现“坍塌”现象，造成零件精度下降。本发明采用喷雾固化方法形成具有极小冲击力的雾滴，雾滴只是简单得飘落在“墨水”层表面，解决了传统固化剂喷射技术中零件内部出现孔洞缺陷的问题，烧结后零件性能好。
[0022]3)生产效率高:传统的固化剂喷射技术是固化剂喷嘴按照固定的移动速度进行喷射，出现喷射时间较长，打印效率低等问题。本发明可对零件坯体进行大面积喷雾固化，节省时间，快速完成每层粉体的固化定型工作。
【附图说明】
[0023]图1为3D打印喷雾固化定型设备示意图。图中I为墨水，2为3D打印机“墨水”喷嘴，3为前“墨水”层，4为3D打印机工作台，5为喷雾器，6为雾珠，7为固化层。
【具体实施方式】
[0024]实施实例1:利用喷雾固化定型方法3D打印不锈钢金属零件坯体
[0025]I)将有机单体甲基丙烯酸羟乙酯、溶剂甲苯、引发剂过氧化二苯甲酰混合均匀配制成混合液，在剪切搅拌下向混合液中加入粒径Ium的不锈钢金属粉末，制备成高固相低粘度的不锈钢粉“墨水”料浆；
[0026]2)前“墨水”层打印:3D打印机按照2D轮廓截面程序图打印出不锈钢粉末前“墨水”层；
[0027]3)喷雾固化定型:挤压式喷雾器按照液体固化剂N，N- 二甲基苯胺与待固化不锈钢粉层质量比0.01 %，将液体固化剂N，N- 二甲基苯胺雾化成粒径0.0lmm的雾珠，雾珠均匀得落入“墨水”层表面，形成厚度Ium的固化层，将前“墨水”层固化定型；
[0028]4)后“墨水”层打印:在前“墨水”层固化定型之后，3D打印机按照2D轮廓截面图程序打印后“墨水”层；
[0029]5)循环打印，直至完成打印工作；
[0030]6)不锈钢零件坯体成形。
[0031]实施实例2:利用喷雾固化定型方法3D打印氧化铝陶瓷零件坯体
[0032]I)将有机单体甲基丙烯酸羟乙酯、溶剂甲苯、引发剂过氧化二苯甲酰混合均匀配制成混合液，在剪切搅拌下向混合液中加入粒径50um的氧化铝陶瓷粉末，制备成高固相低粘度的氧化铝粉“墨水”料浆；
[0033]2)前“墨水”层打印:3D打印机按照2D轮廓截面程序图打印出氧化铝前“墨水”层；
[0034]3)喷雾固化定型:挤压式喷雾器按照液体固化剂聚醚酰亚胺与待固化氧化铝粉层质量比2%，将液体固化剂聚醚酰亚胺雾化成粒径1_的雾珠，雾珠均匀得落入“墨水”层表面，形成厚度200um的固化层，将前“墨水”层固化定型；
[0035]4)后“墨水”层打印:在前“墨水”层固化定型之后，3D打印机按照2D轮廓截面图程序打印氧化铝后“墨水”层；
[0036]5)循环打印，直至完成打印工作；
[0037]6)氧化铝陶瓷零件坯体成形。
[0038]实施实例3:利用喷雾固化定型方法3D打印钕铁硼磁性合金零件坯体
[0039]I)将有机单体甲基丙烯酸羟乙酯、溶剂甲苯、引发剂过氧化二苯甲酰混合均匀配制成混合液，在剪切搅拌下向混合液中加入粒径25um的钕铁硼磁性合金粉末，制备成高固相低粘度的氧化铝粉“墨水”料浆；
[0040]2)前“墨水”层打印:3D打印机按照2D轮廓截面程序图打印出钕铁硼粉末前“墨水”层；
[0041]3)喷雾固化定型:挤压式喷雾器按照液体固化剂乙二胺与待固化钕铁硼粉层质量比1%，将液体固化剂乙二胺雾化成粒径0.5mm的雾珠，雾珠均匀得落入“墨水”层表面，形成厚度10um的固化层，将前“墨水”层固化定型；
[0042]4)后“墨水”层打印:在前“墨水”层固化定型之后，3D打印机按照2D轮廓截面图程序打印后“墨水”层；
[0043]5)循环打印，直至完成打印工作；
[0044]6)钕铁硼磁性合金零件坯体成形。
【主权项】
1.一种3D打印用料浆喷雾固化定型方法，其特征在于包括下列步骤: 1)“墨水”料浆制备:将有机单体甲基丙烯酸羟乙酯、溶剂甲苯、引发剂过氧化二苯甲酰混合均匀配制成混合液，在剪切搅拌下向混合液中加入超细粉末，制备成高固相低粘度的“墨水”料浆； 2)前“墨水”层打印:3D打印机按照2D轮廓截面程序图打印出前“墨水”层； 3)喷雾固化定型:喷雾器按照液体固化剂与待固化粉体质量比0.01%?2%的比例，将液体固化剂雾化成细小的雾珠，雾珠均匀得落入“墨水”层表面，形成厚度为Ium?200um固化层，将前“墨水”层固化定型； 4)后“墨水”层打印:在前“墨水”层固化定型之后，3D打印机按照2D轮廓截面图程序打印后“墨水”层； 5)循环打印，直至完成打印工作； 6)零件坯体成形。2.如权利要求1所述的一种3D打印用料浆喷雾固化定型方法，其特征在于:所述的超细粉末为金属粉末、磁性合金粉末、陶瓷粉末。3.如权利要求1所述的一种3D打印用料浆喷雾固化定型方法，其特征在于:所述的超细粉末粒径为I?50um。4.如权利要求1所述的一种3D打印用料浆喷雾固化定型方法，其特征在于:所述的液体固化剂为甲氧基聚乙二醇、环氧树脂、乙二胺、聚醚酰亚胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、松香酒精、蔗糖、N，N- 二甲基苯胺、甘油和硅胶中的一种。5.如权利要求1所述的一种3D打印用料浆喷雾固化定型方法，其特征在于:所述的雾珠粒径为0.01?1mm。6.如权利要求1所述的一种3D打印用料浆喷雾固化定型方法，其特征在于:所述的喷雾器为挤压式喷雾器、离心式喷雾器和超声式喷雾器中的一种。
【专利摘要】本发明提供了一种3D打印用料浆喷雾固化定型方法，属于先进快速制造中的材料制备领域。其特征是首先3D打印机将制备的“墨水”料浆，按照2D轮廓截面程序图打印出前“墨水”层；之后，喷雾器按照液体固化剂与待固化粉体质量比0.01％～2％，将液体固化剂雾化成细小的雾珠，雾珠均匀得落入“墨水”层表面，形成厚度为1um～200um固化层，在前“墨水”层固化定型之后，3D打印机按照2D轮廓截面图程序打印后“墨水”层；最后，循环打印，直至零件坯体打印成形。本发明有效解决了传统固化剂喷射技术中固化剂喷射不均匀、“墨水”层表面缺陷、喷射时间过长和零件易“坍塌”等问题，有利于更加方便快捷打印出大尺寸复杂零件，推动3D打印技术发展。
【IPC分类】B22F3/22, B33Y30/00
【公开号】CN104959613
【申请号】CN201510406258
【发明人】林涛, 任向远, 邵慧萍, 郑航, 张乐, 盛超宇, 赵磊
【申请人】北京科技大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月10日