CN104163634A - 一种用于三维打印的热塑材料及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于三维打印的热塑材料，由无机粉末和热塑性树脂组成，所述无机粉末占总重量60%-99.9%，所述热塑性树脂占总重量0.1-40%；所述无机粉末材料为陶瓷粉末或金属粉末或陶瓷与金属复合粉末。本发明还公开了热塑材料的应用方法。本发明为三维打印技术提供了更多的打印材料选择空间，实现利用熔融沉积成型三维打印技术制备陶瓷材料、金属材料、或是陶瓷与金属共存的三维立体结构。

Description

一种用于三维打印的热塑材料及其应用方法

技术领域

本发明属于三维打印制造领域，具体涉及一种用于三维打印的热塑材料及其应用方法。

背景技术

三维打印技术近年来迅速发展并且成为研究热点，其原理是将三维物象通过连续的物理层创建出来，其过程如同打印机的打印过程，通过将粉料逐点打印成层，然后逐层叠加成三维实体的制备过程，具有精度高、速度快的特点，其最大的特点是从设计到成型一步到位，并且能够制备结构更为精密复杂的产品。因此，三维打印技术自面世以来迅速成为研究热点，其应用范围也迅速扩张到产品原型设计、精密零部件、建筑模型、医疗手术、艺术品等多个行业，并迅速发展了多种打印方式与打印材料。不同打印方式都对应了不同的可打印材料，像目前广泛应用的熔融沉积成型三维成型打印方式只能制备有机材料。对于基于无机材料的产品，熔融沉积成型三维打印技术还无法实现。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能够实现利用熔融沉积三维打印技术制备陶瓷，或是金属，或是陶瓷与金属共存的三维立体结构的热塑材料及其应用方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一类用于三维打印的热塑材料，由无机粉末和热塑性树脂组成，所述无机粉末占总重量60%-99.9%，所述热塑性树脂占总重量0.1-40%；所述无机粉末材料为陶瓷粉末或金属粉末或陶瓷与金属复合粉末。

进一步地，所述热塑料性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚甲醛、聚酰胺、聚苯醚、聚碳酸酯、聚砜、ABS、橡胶中的一种或者多种。

进一步地，所述陶瓷粉末为氧化铝、氮化铝、碳化硅、氧化铍、粘土、碳酸钙、氧化钇、氧化镁、氧化硅、氧化钙、滑石、氧化铅、氧化钡、氧化铋的一种或者多种。

进一步地，所述金属粉末为金、银、铜、铝、镍、钨、钛、钯、锌中的一种或者多种。

上述的用于三维打印的热塑材料的应用方法，包括以下步骤：

（1）在加热熔融质量比为0.1-40%的热塑性树脂中加入质量比为60%-99.9%陶瓷或是金属粉末混合均匀，获得加热时具有流动性可打印，冷却时可固化成型的三维打印材料；所述的三维材料可以是一种陶瓷-热塑性树脂材料打印而成，或是多种陶瓷-热塑性树脂材料打印而成，或是一种金属-热塑性树脂材料打印而成，或是多种金属-热塑性树脂材料打印而成，或是一种或多种陶瓷-热塑性树脂材料与一种或多种金属-热塑性树脂材料打印而成。

（2）    利用熔融沉积成型三维打印设备将配好的材料打印并固化成三维结构；

（3） 将制备的三维结构进行高温烧结处理，除去里面的有机物，获得所需成分的三维结构产品。

本发明的原理为：热塑性树脂在加热到一定温度后会熔融具有流动性，在其中加入无机粉末（可以是陶瓷粉末或是金属粉末）搅拌均匀冷却后可以形成均匀的有机-无机复合材料。该复合材料再一次加热时仍然具有流动性，冷却后可以固化成型，完全满足熔融沉积三维打印设备打印。熔融沉积三维打印设备打印该复合材料时，打印头位置的加热设备可以使材料熔融具有流动性，适合打印。当材料打印离开打印头后，温度下降，材料中的热塑性树脂冷却固化，从而成型。利用熔融沉积三维打印设备，可以在部分层面上打印一种无机-有机复合材料，在部分层面上打印另一种无机-有机复合材料，从而打印形成多种材料复合结构，如陶瓷-有机与金属-有机的混合三维结构。将成型的无机-有机复合坯在高温下热处理，有机成分在600℃前可以完全分解，坯体只剩下设计所需的无机成分。再将这些无机成分组成的坯体在更高温度下热处理，可以使这些无机成分（陶瓷或金属）烧结从而致密化，获得设计所需的成品。该方案提供了一套制备适用于熔融沉积三维打印的无机-有机复合打印材料，以及打印固化成型后后续的排胶、烧结工艺，形成了利用熔融沉积三维打印制备能够陶瓷、金属、陶瓷与金属共存的系统解决方案。

本发明中的三维打印的热塑材料，能够使热塑类型三维打印设备制备陶瓷、金属以及陶瓷与金属的混合三维结构产品。所述三维打印的热塑材料及其应用方法丰富了三维打印材料，拓宽了三维打印制备领域。

有益效果：本发明相对于现有技术而言，能够使熔融沉积成型三维打印技术制备陶瓷或是陶瓷与金属共存的三维结构产品，所述三维打印的热塑材料及其制备方法丰富了三维打印材料，拓宽了三维打印制备领域。

具体实施方式

下面根据具体实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1：

一类用于三维打印的热塑材料的应用：

1）取重量比为60%的氧化铝粉体与40%加热条件下熔融的聚乙烯混合均匀，冷却固化获得打印材料；

2）利用熔融沉积三维打印设备将制备好的材料打印成型，并固化；

3）将固化成型的样品在200-600℃进行排胶处理，除去有机成分，并在1500-1800℃进行烧结处理，获得所需成分、结构的氧化铝陶瓷。

实施例2：

一类用于三维打印的热塑材料的应用：

1）取重量比为99.9%的氧化铝粉体与0.1%加热条件下熔融的ABS混合均匀，冷却固化获得打印材料；

2）利用熔融沉积三维打印设备将制备好的材料打印成型，并固化；

3）将固化成型的样品在200-600℃进行排胶处理，除去有机成分，并在1500-1800℃进行烧结处理，获得所需成分、结构的氧化铝陶瓷。

实施例3：

一类用于三维打印的热塑材料的应用：

1）取重量比为68%的氮化铝粉体与32%加热条件下熔融的聚碳酸酯混合均匀，冷却固化获得打印材料；

2）利用熔融沉积三维打印设备将配好的浆料打印并固化成三维结构；

3）将固化成型的样品在200-600℃进行排胶处理，除去有机成分，并在1600-1900℃进行烧结处理，获得所需成分、形状的氮化铝陶瓷。

实施例4：

一类用于三维打印的热塑材料的应用：

1）取重量比为87%金属钨粉体，3%氧化铝粉体与10%加热条件下熔融的聚乙烯混合均匀，冷却固化获得的打印的材料；

2）第二步取重量比为90%氧化铝粉体与10%加热条件下熔融的聚乙烯混合均匀，冷却固化获得打印材料；

3）利用熔融沉积三维打印设备，部分层面采用制备好的氧化铝-聚乙烯材料打印成型并固化，部分层面采用制备好的金属钨-聚乙烯材料打印成型并固化；

4）将固化成型的样品在200-600℃进行排胶处理，除去有机成分，并在1500-1800℃进行烧结处理，获得形状的氧化铝、金属钨的混合三维结构产品。

实施例5：

一类用于三维打印的热塑材料的应用：

1）取重量比为85%氧化镁、氧化钙、氧化硅混合粉体与15%加热条件下熔融的聚乙烯混合均匀，冷却固化获得的打印的材料；

2）取重量比为75%金粉体与25%加热条件下熔融的聚乙烯混合均匀，冷却固化获得打印材料；

3）利用熔融沉积三维打印设备，部分层面采用制备好的氧化镁、氧化钙、氧化硅-聚乙烯材料打印成型并固化，部分层面采用制备好的金粉-聚乙烯材料打印成型并固化；

4）将固化成型的样品在200-600℃进行排胶处理，除去有机成分，并在800-1000℃进行烧结处理，获得所需成分、形状的低温共烧陶瓷、金属混合三维结构产品；

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。  

Claims (9)

1.   一种用于三维打印的热塑材料，其特征在于：由无机粉末和热塑性树脂组成，所述无机粉末占总重量60%-99.9%，所述热塑性树脂占总重量0.1-40%；所述无机粉末材料为陶瓷粉末或金属粉末或陶瓷与金属复合粉末。

2.根据权利要求1所述的用于三维打印的热塑材料，其特征在于：所述热塑料性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚甲醛、聚酰胺、聚苯醚、聚碳酸酯、ABS、聚砜、橡胶中的一种或者多种。

3.根据权利要求1所述的用于三维打印的热塑材料，其特征在于：所述陶瓷粉末为氧化铝、氮化铝、碳化硅、氧化铍、粘土、碳酸钙、氧化钇、氧化镁、氧化硅、氧化钙、滑石、氧化铅、氧化钡、氧化铋的一种或者多种。

4.根据权利要求1所述的用于三维打印的热塑材料，其特征在于：所述金属粉末为金、银、铜、铝、镍、钨、钛、钯、锌中的一种或者多种。

5.一类根据权利要求1～4所述的用于三维打印的热塑材料的应用方法，其特征在于：包括以下步骤： 

(1)在加热熔融质量比为0.1-40％的热塑性树脂中加入质量比为60％-99.9％陶瓷或是金属粉末混合均匀，获得加热时具有流动性可打印，冷却时可固化成型的三维打印材料； 

(2)利用熔融沉积成型三维打印设备将配好固化的材料熔融打印，并固化成三维结构； 

(3)将制备的三维结构进行高温烧结处理，除去里面的热塑性树脂，获得所需成分的三维结构产品。 

6.根据权利要求5所述的用于三维打印的热塑材料的应用方法，其特征在于：所述高温烧结工艺包括空气气氛、氧化气氛、还原气氛或者真空环境下烧结。

7.根据权利要求5所述的一类用于三维打印的热塑材料的应用方法，其特征在于：所述陶瓷粉末为氧化铝、氮化铝、碳化硅、氧化铍、粘土、碳酸钙、氧化钇、氧化镁、氧化硅、氧化钙、滑石、氧化铅、氧化钡、氧化铋的一种或者多种。

8.根据权利要求5所述的一种用于三维打印的热塑材料的应用方法，其特征在于：所述金属粉末为金、银、铜、铝、镍、钨、钛、钯、锌中的一种或者多种。

9.根据权利要求5所述的一种用于三维打印的热塑材料的应用方法，其特征在于：所述热塑料性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚甲醛、聚酰胺、聚苯醚、聚碳酸酯、ABS、聚砜、橡胶中的一种或者多种。