本发明涉及一种3D打印材料用粘结剂及其应用，具体涉及一种3D打印陶瓷材料用粘土基粘结剂及其应用。
背景技术：
3D打印技术又称增材制造技术，是快速成型领域的一种新兴技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。随着3D打印技术的发展和应用，材料成为限制3D打印技术未来走向的关键因素之一，在某种程度上，材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料、木质材料以及砂糖等食品材料也在3D打印领域得到了应用。
众多3D打印材料的开发和使用，不仅拓展了3D打印技术的应用范围，同时也促使更多的辅助材料的开发和生产，如：粘结剂。粘结剂作为3D打印技术中最重要的辅助材料之一，需要具有粘结强度高、固化速度快、环保、使用方便等要求。随着越来越多的新材料用于3D打印，新材料具备的性能和特点造成目前的粘结剂大部分不能用于新材料的3D打印成型，而且随着3D打印技术在日常生活中的普及和应用，成型条件和环保问题成为新的制约因素，因而发明一种使用条件简单、健康环保、粘结强度高、固化速度快的粘结剂对3D打印广泛应用于生活的具有重要意义。
陶瓷材料是目前实验室正在使用的一种用于3D打印的新型材料，该材料具有广泛的应用价值，能借助于3D打印技术在日常生活中得到广泛的应用，具有广阔的市场。目前陶瓷材料3D打印可分为直接成型和间接成型两大类，直接成型采用选择性激光烧结成型技术（SLS），成型速度快、精度高、力学性能好，但对陶瓷材料性能和成型条件要求高，不利于在生活中广泛的推广应用；间接成型先利用粘结剂粘结成型，然后采用高温烧结，产品性能稳定，能批量生产，但现今使用的粘结剂多含有有机材料或光敏材料，成本高且后续工艺复杂，也不利于3D打印陶瓷材料在生活中广泛的推广应用。中国专利公开号为CN103935036A公开了一种使用光敏溶胶粘结剂的粉末3D打印方法，该方法中采用了光敏溶胶粘结剂，能快速对粉末材料进行粘结成型，但成本较高且使用了有机材料，因此，发明一种粘结剂既不含有有机材料又能适用于陶瓷材料的3D打印成型，且产品性能好，精度高，成型速度快，将极大的促进陶瓷材料3D打印成型在生活中的推广应用，具有广阔的市场前景。
技术实现要素：
本发明针对目前陶瓷材料3D打印用粘结剂含有有机材料或光敏材料，成本高，后续工艺复杂的缺点提出了一种3D打印陶瓷材料用粘土基粘结剂及其应用。
本发明一种3D打印陶瓷材料用粘土基粘结剂，其特征在于以粘土为主要粘结材料，辅以无机溶胶，用于3D打印陶瓷材料的快速成型，固化速度快，强度高，通过高温烧结与陶瓷颗粒形成整体，陶瓷产品力学性能好，不含有杂质，其各组分按重量份计为：
无机溶胶 20-35份，
粘土 50-65份，
固化剂 10-15份，
乙醇 60-80份，
其中所述的无机溶胶为硅酸溶胶、氧化铝溶胶、氢氧化镁铝溶胶中的一种或多种；所述的粘土为经过高温煅烧去除了有机质的细度为800-2000目的高岭土、蒙脱土、铝矾土中的一种或多种；所述的固化剂为硅酸钠、硅酸铝、硅酸钾、氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟硅酸镁中的一种或多种；所述的乙醇纯度≥95%。
上述一种3D打印陶瓷材料用粘土基粘结剂，其具体制备方法：将20-35重量份的无机溶胶，50-60份重量份的粘土， 10-15份重量份的固化剂和60-80重量份的乙醇加入行星式球磨机中，进行研磨混合处理1-2h出料后，再用捏合机进行捏合处理20-30min得到膏状粘土基粘合剂。
本发明一种3D打印陶瓷材料用粘土基粘结剂的应用，其特征在于直接用于陶瓷粉末材料的3D打印快速成型，成型步骤为：1）根据需要设计3D打印三维立体结构模型；2）将设计好的3D打印三维立体结构模型导入3D打印机；3）将本发明粘结剂和需要使用的3D打印用陶瓷粉末材料分别加入到3D打印机的料槽中，并将打印平台置于60-80℃的环境中；4）启动3D打印机，根据设计的数字模型进行打印，打印原理为先喷洒一层陶瓷粉末，再喷洒一层粘结剂，形成一层陶瓷粉末一层粘结剂的交替结构，这样一层一层粘结起来形成所需要的陶瓷初胚；5)将得到的陶瓷初胚根据陶瓷材料的烧结温度曲线进行高温烧结，得到陶瓷产品。
在上述一种3D打印陶瓷材料用粘土基粘结剂的应用中，其中所述的陶瓷粉末材料为直径为20-100μm的氧化铝陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化钙陶瓷中的一种。
本发明利用粘土材料具有的高塑性和粘结性，乙醇的高挥发性，将粘土材料、无机溶胶、固化剂与乙醇混合制成膏状粘结剂，在一定温度条件下，通过乙醇的快速挥发致使粘结剂固化，将陶瓷材料粘结成型得到陶瓷初胚；本发明粘土基粘结剂应用于3D打印陶瓷粉末材料的粘结成型，使用方法简单，能快速高效的对陶瓷粉末材料进行粘结，成型速度快，精度高，然后通过烧结得到陶瓷产品，产品力学性能好，不含杂质，成本低廉，将极大的促进陶瓷材料3D打印成型在生活中的推广应用，具有广阔的市场前景。
本发明突出的特点和有益效果在于：
1、本发明粘土基粘结剂不含有机成分，原理简单，粘结速度快，力学性能好，适用于陶瓷材料的3D打印成型。
3、本发明粘结剂使用方法简单，应用广泛，能快速高效的对陶瓷粉末材料进行粘结，烧结得到陶瓷产品，将极大的促进陶瓷材料3D打印成型在生活中的推广应用，具有广阔的市场前景。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
粘结剂配制：将20重量份的硅酸溶胶， 60份重量份的1200目高岭土， 10份重量份的硅酸钠和80重量份的乙醇加入行星式球磨机中，进行研磨混合处理2h出料后，再用捏合机进行捏合处理30min得到膏状粘土基粘合剂。
粘结剂应用：1）根据需要设计3D打印三维立体结构模型；2）将设计好的3D打印三维立体结构模型导入3D打印机；3）将本发明粘结剂和需要使用的3D打印用陶瓷粉末材料分别加入到3D打印机的料槽中，并将打印平台置于75℃的环境中；4）启动3D打印机，根据设计的数字模型进行打印，打印原理为先喷洒一层陶瓷粉末，再喷洒一层粘结剂，形成一层陶瓷粉末一层粘结剂的交替结构，这样一层一层粘结起来形成所需要的陶瓷初胚；5)将得到的陶瓷初胚根据陶瓷材料的烧结温度曲线进行高温烧结，得到陶瓷产品。
实施例2
粘结剂配制：将35重量份的氢氧化镁铝溶胶，50份重量份的1000目铝矾土， 10份重量份的硅酸铝和60重量份的乙醇加入行星式球磨机中，进行研磨混合处理1h出料后，再用捏合机进行捏合处理20min得到膏状粘土基粘合剂。
粘结剂应用：1）根据需要设计3D打印三维立体结构模型；2）将设计好的3D打印三维立体结构模型导入3D打印机；3）将本发明粘结剂和需要使用的3D打印用陶瓷粉末材料分别加入到3D打印机的料槽中，并将打印平台置于70℃的环境中；4）启动3D打印机，根据设计的数字模型进行打印，打印原理为先喷洒一层陶瓷粉末，再喷洒一层粘结剂，形成一层陶瓷粉末一层粘结剂的交替结构，这样一层一层粘结起来形成所需要的陶瓷初胚；5)将得到的陶瓷初胚根据陶瓷材料的烧结温度曲线进行高温烧结，得到陶瓷产品。
实施例3
粘结剂配制：将25重量份的氧化铝溶胶，55份重量份的2000目蒙脱土， 15份重量份的硅酸钾和80重量份的乙醇加入行星式球磨机中，进行研磨混合处理1.5h出料后，再用捏合机进行捏合处理25min得到膏状粘土基粘合剂。
粘结剂应用：1）根据需要设计3D打印三维立体结构模型；2）将设计好的3D打印三维立体结构模型导入3D打印机；3）将本发明粘结剂和需要使用的3D打印用陶瓷粉末材料分别加入到3D打印机的料槽中，并将打印平台置于65℃的环境中；4）启动3D打印机，根据设计的数字模型进行打印，打印原理为先喷洒一层陶瓷粉末，再喷洒一层粘结剂，形成一层陶瓷粉末一层粘结剂的交替结构，这样一层一层粘结起来形成所需要的陶瓷初胚；5)将得到的陶瓷初胚根据陶瓷材料的烧结温度曲线进行高温烧结，得到陶瓷产品。
实施例4
粘结剂配制：将30重量份的硅酸溶胶，50份重量份的800目高岭土， 12份重量份的氟硅酸钠和80重量份的乙醇加入行星式球磨机中，进行研磨混合处理1h出料后，再用捏合机进行捏合处理30min得到膏状粘土基粘合剂。
粘结剂应用：1）根据需要设计3D打印三维立体结构模型；2）将设计好的3D打印三维立体结构模型导入3D打印机；3）将本发明粘结剂和需要使用的3D打印用陶瓷粉末材料分别加入到3D打印机的料槽中，并将打印平台置于80℃的环境中；4）启动3D打印机，根据设计的数字模型进行打印，打印原理为先喷洒一层陶瓷粉末，再喷洒一层粘结剂，形成一层陶瓷粉末一层粘结剂的交替结构，这样一层一层粘结起来形成所需要的陶瓷初胚；5)将得到的陶瓷初胚根据陶瓷材料的烧结温度曲线进行高温烧结，得到陶瓷产品。
实施例5
粘结剂配制：将35重量份的氢氧化镁铝溶胶， 60份重量份的1500目蒙脱土， 15份重量份的氟硅酸镁和70重量份的乙醇加入行星式球磨机中，进行研磨混合处理2h出料后，再用捏合机进行捏合处理25min得到膏状粘土基粘合剂。
粘结剂应用：1）根据需要设计3D打印三维立体结构模型；2）将设计好的3D打印三维立体结构模型导入3D打印机；3）将本发明粘结剂和需要使用的3D打印用陶瓷粉末材料分别加入到3D打印机的料槽中，并将打印平台置于60℃的环境中；4）启动3D打印机，根据设计的数字模型进行打印，打印原理为先喷洒一层陶瓷粉末，再喷洒一层粘结剂，形成一层陶瓷粉末一层粘结剂的交替结构，这样一层一层粘结起来形成所需要的陶瓷初胚；5)将得到的陶瓷初胚根据陶瓷材料的烧结温度曲线进行高温烧结，得到陶瓷产品。