[go: up one dir, main page]

WO2020076279A1 - Precursor powder and binder for manufacturing ceramic items by three-dimensional printing - Google Patents

Precursor powder and binder for manufacturing ceramic items by three-dimensional printing Download PDF

Info

Publication number
WO2020076279A1
WO2020076279A1 PCT/UA2019/000025 UA2019000025W WO2020076279A1 WO 2020076279 A1 WO2020076279 A1 WO 2020076279A1 UA 2019000025 W UA2019000025 W UA 2019000025W WO 2020076279 A1 WO2020076279 A1 WO 2020076279A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
powder
composition
binder
dimensional printing
clay
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/UA2019/000025
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Володымыр Володымыровыч УСОВ
Гэоргий Стэпановыч СЭЛИВАНОВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from UAA201810035A external-priority patent/UA120412C2/en
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2020076279A1 publication Critical patent/WO2020076279A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B33/00Clay-wares
    • C04B33/02Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B33/13Compounding ingredients

Definitions

  • the invention relates to the technology of industrial three-dimensional printing of 5 ceramic products, in particular to the composition of the ingredients of the precursor powder and the composition of the binder ingredients.
  • a precursor powder and a binder For the manufacture of ceramic products by three-dimensional printing, for example, on a printer Z CGR 310, use a precursor powder and a binder.
  • composition is selected as a prototype of the inventive powder -
  • Ns 8475946 contains a frit
  • the prototype composition has the following disadvantages.
  • SUBSTITUTE SHEET due to the low flowability (less than 5 g / s) of the powder in front of the shaft (which rotates from left to right) at the beginning of the process of applying the powder to the print chamber, and also due to the large (over 20%) difference in bulk (0.82 g / cm 3 ) density and true (1.21 g / cm 3 ) density of the powder (see Table 1).
  • the compressive strength of products prepared from the specified powder does not exceed the value of 73 kg / cm 2 , even when using the pressure mechanism (see Table 1).
  • the powder product has a fire shrink of at least 10-12%, which requires an increase in the model at the printing stage and limits the available area of the print chamber.
  • the powder contains a respirable fraction in an amount of 6 mg / m 3 and a respirable fraction in an amount of 3 mg / m 3 , which creates an increased danger for the operator and contributes to clogging of the mechanical components of the 3 d-printer.
  • Known binder composition for the manufacture of ceramic products by three-dimensional printing which includes the following components:
  • composition of this binder is selected as a prototype.
  • the basis of the invention is the task to create a composition of the ingredients of the precursor powder and a composition of the binder ingredients for the manufacture of ceramic products by three-dimensional printing, which provide improved consumer properties of the finished product, accelerating the production of both one of the components and the ceramic product as a whole.
  • the problem is solved by two inventions, united by a single inventive concept: the composition of the ingredients of the precursor powder and the composition of the binder ingredients for the manufacture of ceramic products by three-dimensional printing.
  • the task is solved by the composition of the ingredients of the powder - a precursor for the manufacture of ceramic products by three-dimensional printing containing clay and fluff so that, unlike the prototype, the composition additionally contains aluminum oxide, and as smoothing - glaze, with the following ratio of these components, May. %:
  • composition contains:
  • the task is solved by the composition of the binder ingredients for three-dimensional printing of ceramic products containing glycerin, ethylene glycol, secondary alcohol and distilled water, in that, unlike the prototype, the composition further comprises PEG-7, and it contains isopropyl alcohol as a secondary alcohol , in the following ratio of these components, May. %:
  • PEG-7 glyceryl cocoate
  • composition further comprises a dye in an amount of 0, 5-4, 0 wt.%.
  • New in the first invention is the introduction of an additional component, aluminum oxide, the replacement of flux, and also the mass ratio of the components.
  • Clay grade MKL-1 is a typical clay, which is available in many countries, including and in Ukraine. It is non-granulated clay and has a high density.
  • the glaze is introduced in an amount of less than 4 wt.%. this will lead to destruction of the product during firing. If clay is introduced in an amount of less than 2 wt.% - this will lead to destruction of the product when removed from the print chamber. An increase in the amount of glaze (more than 20 wt.%) And clay (more than 40 wt.%) Leads to excessive deformation during firing.
  • Clay performs 2 functions: a water absorber (binder) and a powder body (base).
  • An increase in clay content also leads to a decrease in flowability, density, strength and an increase in shrinkage.
  • a decrease in the amount of clay Leads to the fact that the powder cannot adequately (sufficiently) saturate the binder and, as a result, the product loses its shape and its strength drops sharply (decreases) (see example Ns 6).
  • the glaze serves as a fusion substance (melt) at high temperature (970-1020 ° C).
  • a fusion substance (melt) at high temperature (970-1020 ° C).
  • the choice of particle size of aluminum oxide can be explained as follows. It is desirable that the particle size in the powder A1 2 0 3 be as small as possible, while maintaining high flowability.
  • the hardness of the material - aluminum oxide is one of the most solid substances, and allows you to save flowability for particles less than 50 microns; the vast majority of clays become non-flowing with a fractional composition of less than 50 microns;
  • New in the second invention is the presence of an additional component - PEG-7 (glyceryl cocoate), the replacement of secondary alcohol, as well as the mass ratio of the components.
  • the components of the claimed composition are readily available, which ensures the efficiency and economy of obtaining ceramic products that meet the requirements of the ceramic industry.
  • composition of the powder precursor ingredients for the manufacture of ceramic products by three-dimensional printing is prepared by mixing an aluminum oxide powder with a particle size of 40-50 microns with clay, for example, grade MKL-1, and with glaze, for example, grade VTR-100 in random order. The mixture of components is mixed for ⁇ 5 minutes. until complete homogenization. These components are taken in the following ratio, in May. %: clay, for example, grade MKL-1 2-40
  • composition is a whitish powder and is intended for the preparation of ceramic products by three-dimensional printing.
  • composition was prepared as described above. The components were taken in the following ratio, May. %
  • a test sample of a ceramic product was prepared (size 5x5x5 cm).
  • the ceramic product was made by three-dimensional printing on a Z corp 310 printer.
  • Examples 2-9 illustrate the manufacture of ceramic products by three-dimensional printing in the same way as described in example 1, but with different mass ratios of components, as well as the test results of the samples obtained in examples 2-9.
  • Example 10 illustrates the physical characteristics of a ceramic product obtained by three-dimensional printing using Stoneware Ceramic Powder, sold under the brand name Tethonite.
  • the amount of glaze is not enough to maintain shape - the product crumbled during firing (photo 4).
  • the density of the powder was determined in the print chamber on the right side and on the left side after printing, prepared according to example 1 and powder Stoneware Ceramic Powder brand Tethonite (example 10).
  • the density of the powder prepared according to example 1 is 155% higher, and on the left side - 134% higher than the density of the powder Stoneware Ceramic Powder.
  • a binder composition for three-dimensional printing of ceramic products is prepared by mixing glycerol, isopropyl alcohol, PEG-7 (glyceryl cocoate), ethylene glycol and distilled water in a random order.
  • the components are then mixed for ⁇ 5 min until complete homogenization. If necessary, give the finished product a certain color to the specified composition additionally add a water-soluble dye.
  • PEG-7 glyceryl cocoate
  • dye is introduced into the composition in the amount of 0, 5-4, 0 wt.%.
  • the resulting composition is a moderately viscous transparent liquid or has the color of the corresponding dye.
  • This composition is suitable for creating ceramic products by three-dimensional printing.
  • Example 1 A binder composition was prepared as described above.
  • the ceramic product was made by three-dimensional printing on a Zcorp 310 printer.
  • Examples 12-25 illustrate the manufacture and testing of ceramic products manufactured in the same way as described in example 11, but with different mass ratios of the components of the inventive binder.
  • the average density is higher by 239-276 units (kg / m 3 );
  • compressive strength is higher at 1.93-1.37 units (kg / cm 2 ).
  • Prototypes made ceramic products by three-dimensional printing using these compositions.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

The invention relates to the technology of industrial three-dimensional printing of ceramic items, in particular to a composition of powder ingredients - a precursor and a composition of binder ingredients. A powder is a precursor for the manufacture of ceramic items by three-dimensional printing and comprises the following components, wt%: 4-20 glaze, for example type VTR-100; 2-40 clay, for example type MKL-1; and the rest being, for example, aluminum oxide (in the form of a powder with a particle size of 4-50 μm). A binder for three-dimensional printing of ceramic items comprises the following components, wt%: 0.5-9.0 glycerin, 0.5-9.0 isopropyl alcohol, 0.3-5.0 PEG-7 (glyceryl cocoate), 5.0-30.0 ethylene glycol, and the rest being distilled water. When it is necessary to apply a certain color to a finished item, a water-soluble dye can also be added to the binder. The claimed invention improves consumer properties of the finished item, and also speeds up the manufacture both of one of the components (the precursor powder or binder) and of the ceramic item as a whole.

Description

Порошок-прекурсор и связующее для изготовления керамических изделий путём трёхмерной печати  Precursor powder and binder for the manufacture of ceramic products by three-dimensional printing

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ  FIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к технологии промышленной трёхмерной печати 5 керамических изделий, в частности к композиции ингредиентов порошка- прекурсора и композиции ингредиентов связующего.  The invention relates to the technology of industrial three-dimensional printing of 5 ceramic products, in particular to the composition of the ingredients of the precursor powder and the composition of the binder ingredients.

Для изготовления керамических изделий путём трёхмерной печати, например, на принтере Z согр 310, используют порошок-прекурсор и связующее.  For the manufacture of ceramic products by three-dimensional printing, for example, on a printer Z CGR 310, use a precursor powder and a binder.

10 ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ  10 BACKGROUND OF THE INVENTION

Наиболее близкой к порошку-прекурсору является композиция ингредиентов описанная в патенте США Ns 8475946 , опубл. 02.07.2013 г., содержащая следующие компоненты, мас.%:  Closest to the precursor powder is the composition of the ingredients described in US patent Ns 8475946, publ. 07/02/2013, containing the following components, wt.%:

глина 50-80  clay 50-80

15 полевой шпат 5-20  15 feldspar 5-20

огнеупорный цемент 2-10  refractory cement 2-10

фритта 2-10  frit 2-10

натрия силикат 0,5 -4,0  sodium silicate 0.5 -4.0

Данная композиция выбрана в качестве прототипа заявляемого порошка- This composition is selected as a prototype of the inventive powder -

20 прекурсора. 20 precursor.

Прототип и заявляемая композиция ингредиентов порошка-прекурсора имеют следующие общие признаки (компоненты):  The prototype and the claimed composition of the ingredients of the precursor powder have the following common features (components):

- глина (в качестве одного из компонентов основы; в патенте США N° 8475946 основа включает глину и полевой шпат);  - clay (as one of the components of the base; in US patent N ° 8475946, the base includes clay and feldspar);

25 - плавень (в качестве плавня композиция по патенту США 25 - melt (as a mellow composition according to US patent

Ns 8475946 содержит фритту). Ns 8475946 contains a frit).

Композиции по прототипу присущи следующие недостатки.  The prototype composition has the following disadvantages.

1. При неиспользовании механизма придавливания порошка, его плотность в разных сторонах камеры неравномерна (0.93 г/см3 на правой стороне, зо 1.1 1 г/см на левой стороне камеры печати) (см. Таблицу 2). Это происходит 1. When the powder pressing mechanism is not used, its density on different sides of the chamber is uneven (0.93 g / cm 3 on the right side, 1.1 1 g / cm on the left side of the print chamber) (see Table 2). It happens

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) из-за низкой сыпучести (менее 5г/сек) порошка перед валом (который вращается слева направо) в начале процесса нанесения порошка в камеру печати, а также из-за большого (более 20%) различия в насыпной (0.82 г/см3) плотности и истинной (1.21 г/см3) плотности порошка (см. Таблицу 1). Чем ниже плотность керамического изделия, тем меньше его прочность, и больше вероятность его деформации при обжиге, а неравномерность плотности делает эти показатели слабопредсказуемыми, тем самым ухудшая качество изделия. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) due to the low flowability (less than 5 g / s) of the powder in front of the shaft (which rotates from left to right) at the beginning of the process of applying the powder to the print chamber, and also due to the large (over 20%) difference in bulk (0.82 g / cm 3 ) density and true (1.21 g / cm 3 ) density of the powder (see Table 1). The lower the density of the ceramic product, the lower its strength, and the greater the likelihood of its deformation during firing, and the uneven density makes these indicators poorly predictable, thereby worsening the quality of the product.

2. Прочность на сжатие изделий приготовленных из указанного порошка не превышает значения 73 кг/см2, даже при использовании механизма придавливания (см. Таблицу 1). 2. The compressive strength of products prepared from the specified powder does not exceed the value of 73 kg / cm 2 , even when using the pressure mechanism (see Table 1).

3. Изделие из порошка имеет огневую усадку не менее значения 10-12%, что требует увеличения модели на этапе печати и ограничивает доступную область камеры печати.  3. The powder product has a fire shrink of at least 10-12%, which requires an increase in the model at the printing stage and limits the available area of the print chamber.

4. Порошок содержит вдыхаемую фракцию в количестве 6 мг/м3 и респирабельную фракцию в количестве 3 мг/м3, что создает повышенную опасность для оператора и способствует засорению механических узлов 3 d-принтера. 4. The powder contains a respirable fraction in an amount of 6 mg / m 3 and a respirable fraction in an amount of 3 mg / m 3 , which creates an increased danger for the operator and contributes to clogging of the mechanical components of the 3 d-printer.

Известна композиция связующего для изготовления керамического изделия путём трёхмерной печати, в состав которой входят следующие компоненты:  Known binder composition for the manufacture of ceramic products by three-dimensional printing, which includes the following components:

- поливинилалкоголь (поливиниловый спирт);  - polyvinyl alcohol (polyvinyl alcohol);

- этиленгликоль;  - ethylene glycol;

- глицерин;  - glycerin;

- дистиллированная вода  - distilled water

(см. патент США N° 8475946, опубл. 02.07.2013 г., коммерческое наименование связующего, получаемого по данному патенту - Tethon Ceramic Binder).  (see US patent N ° 8475946, publ. 02.07.2013, the commercial name of the binder obtained by this patent is Tethon Ceramic Binder).

Состав данного связующего выбран в качестве прототипа.  The composition of this binder is selected as a prototype.

Прототип и композиция заявляемого связующего имеют следующие общие признаки: з The prototype and composition of the claimed binder have the following common features: s

- глицерин;  - glycerin;

- этиленгликоль;  - ethylene glycol;

- вторичный спирт;  - secondary alcohol;

- дистиллированная вода.  - distilled water.

Композиции по прототипу присущи следующие недостатки:  The prototype composition has the following disadvantages:

- недостаточная прочность на сжатие, приводящая к повышенному риску повреждения изделия (до 7 кг/см2); - insufficient compressive strength, leading to an increased risk of damage to the product (up to 7 kg / cm 2 );

- недостаточная средняя плотность (до 1100 кг/см3), которая также приводит к повышенному риску повреждения изделия; - insufficient average density (up to 1100 kg / cm 3 ), which also leads to an increased risk of damage to the product;

- сложность получения связующего для трехмерной печати керамического изделия, т.к. необходимо осуществлять гидролиз поливинилалкоголя путём термообработки и фильтрации, либо приобретение подобным образом обработанного сырья, что угрожает зависимостью от поставщиков.  - the difficulty of obtaining a binder for three-dimensional printing of ceramic products, because it is necessary to carry out hydrolysis of polyvinyl alcohol by heat treatment and filtration, or the acquisition of similarly processed raw materials, which threatens dependence on suppliers.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ  SUMMARY OF THE INVENTION

В основу изобретения поставлена задача создать композицию ингредиентов порошка-прекурсора и композицию ингредиентов связующего для изготовления керамических изделий путём трёхмерной печати, которые обеспечивают улучшение потребительских свойств готового изделия, ускорение получения как одного из компонентов, так и керамического изделия в целом.  The basis of the invention is the task to create a composition of the ingredients of the precursor powder and a composition of the binder ingredients for the manufacture of ceramic products by three-dimensional printing, which provide improved consumer properties of the finished product, accelerating the production of both one of the components and the ceramic product as a whole.

Поставленная задача решена двумя изобретениями, объединенными единым изобретательским замыслом: композицией ингредиентов порошка- прекурсора и композицией ингредиентов связующего для изготовления керамических изделий путём трёхмерной печати.  The problem is solved by two inventions, united by a single inventive concept: the composition of the ingredients of the precursor powder and the composition of the binder ingredients for the manufacture of ceramic products by three-dimensional printing.

В первом изобретении поставленная задача решена композицией ингредиентов порошка - прекурсора для изготовления керамических изделий путём трёхмерной печати, содержащей глину и плавень тем, что, в отличие от прототипа, композиция дополнительно содержит алюминия оксид, а в качестве плавня - глазурь, при следующем соотношении указанных компонентов, мае. %: In the first invention, the task is solved by the composition of the ingredients of the powder - a precursor for the manufacture of ceramic products by three-dimensional printing containing clay and fluff so that, unlike the prototype, the composition additionally contains aluminum oxide, and as smoothing - glaze, with the following ratio of these components, May. %:

глазурь 4-20  glaze 4-20

глина 2-40  clay 2-40

алюминия оксид остальное  aluminum oxide rest

Кроме того, композиция содержит:  In addition, the composition contains:

- алюминия оксид в виде порошка с размером частиц 40-50 мкм; - aluminum oxide in the form of a powder with a particle size of 40-50 microns;

- глазурь марки VTR - 100; - glaze brand VTR - 100;

- глину марки МКЛ - 1.  - clay mark MKL - 1.

Во втором изобретении поставленная задача решена композицией ингредиентов связующего для трёхмерной печати керамических изделий, содержащей глицерин, этиленгликоль, вторичный спирт и дистиллированную воду тем, что, в отличие от прототипа, композиция дополнительно содержит ПЭГ-7, а в качестве вторичного спирта она содержит изопропиловый спирт, при следующем соотношении указанных компонентов, мае. %:  In the second invention, the task is solved by the composition of the binder ingredients for three-dimensional printing of ceramic products containing glycerin, ethylene glycol, secondary alcohol and distilled water, in that, unlike the prototype, the composition further comprises PEG-7, and it contains isopropyl alcohol as a secondary alcohol , in the following ratio of these components, May. %:

глицерин 0, 5-9, 0  glycerin 0, 5-9, 0

изопропиловый спирт 0, 5-9, 0  isopropyl alcohol 0, 5-9, 0

ПЭГ-7 (глицерил кокоат) 0, 3-5,0  PEG-7 (glyceryl cocoate) 0, 3-5.0

этиленгликоль 5,0-30,0  ethylene glycol 5.0-30.0

дистиллированная вода остальное  distilled water the rest

Кроме того, композиция дополнительно содержит краситель в количестве 0, 5-4, 0 мас.%.  In addition, the composition further comprises a dye in an amount of 0, 5-4, 0 wt.%.

Новым в первом изобретении является введение дополнительного компонента-алюминия оксида, замена плавня, а также массовое соотношение компонентов.  New in the first invention is the introduction of an additional component, aluminum oxide, the replacement of flux, and also the mass ratio of the components.

Достижение технического результата в первом изобретении можно объяснить следующим.  The achievement of the technical result in the first invention can be explained as follows.

Увеличение сыпучести приводит к уменьшению разницы в насыпной и истинной плотности, как следствие, увеличивается истинная и насыпная плотность. Благодаря этому сильно уменьшается неравномерность распределения порошка в камере печати, а также увеличивается прочность изделия на всех этапах. The increase in flowability leads to a decrease in the difference in bulk and true density, as a result, the true and bulk density increases. Due to this, unevenness is greatly reduced powder distribution in the printing chamber, and also increases the strength of the product at all stages.

Марки глины и глазури, а также массовое соотношение компонентов найдены экспериментальным путём.  Grades of clay and glaze, as well as the mass ratio of the components were found experimentally.

Глина марки МКЛ-1 - это типовая глина, которая имеется во многих странах, в т.ч. и в Украине. Это негранулированная глина и обладает высокой плотностью.  Clay grade MKL-1 is a typical clay, which is available in many countries, including and in Ukraine. It is non-granulated clay and has a high density.

Известны и другие марки глины, в т.ч. и гранулированные, которые можно использовать в заявляемой композиции, но их нужно предварительно размолоть на мельнице.  Other brands of clay are known, including and granular, which can be used in the claimed composition, but they must first be ground in a mill.

Если глазурь ввести в количестве менее 4 мас.%. это приведёт к разрушению изделия при обжиге. Если глину ввести в количестве менее 2 мас.% - это приведет к разрушению изделия при извлечении из камеры печати. Увеличение количества глазури (более 20 мас.%) и глины (более 40 мас.%) приводит к избыточной деформации при обжиге.  If the glaze is introduced in an amount of less than 4 wt.%. this will lead to destruction of the product during firing. If clay is introduced in an amount of less than 2 wt.% - this will lead to destruction of the product when removed from the print chamber. An increase in the amount of glaze (more than 20 wt.%) And clay (more than 40 wt.%) Leads to excessive deformation during firing.

Глина выполняет 2 функции: поглотитель воды (связующее) и тело порошка (основа). Увеличение содержания глины (кроме указанного выше) приводит также к снижению сыпучести, плотности, прочности и к увеличению усадки. Уменьшение количества глины (менее 2 мас.%) приводит к тому, что порошок не может адекватно (достаточно) напитать связующее и, как следствие, изделие теряет форму, а прочность его резко падает (снижается) (см. пример Ns 6).  Clay performs 2 functions: a water absorber (binder) and a powder body (base). An increase in clay content (other than the above) also leads to a decrease in flowability, density, strength and an increase in shrinkage. A decrease in the amount of clay (less than 2 wt.%) Leads to the fact that the powder cannot adequately (sufficiently) saturate the binder and, as a result, the product loses its shape and its strength drops sharply (decreases) (see example Ns 6).

Как указано выше, глазурь выполняет функцию сплавляющего вещества (плавня) при высокой температуре (970-1020°С). Нами испытаны, кроме марки VTR- 100, и др. марки глазури, которые также пригодны в качестве плавня. Они пригодны для использования, но при этом нужно корректировать (снижать или повышать) температуру обжига. В связи с указанным, марка глазури является несущественной. Выбор размера частиц алюминия оксида можно объяснить следующим. Желательно, чтобы размер частиц в порошке А1203 был как можно меньше, сохранив при этом высокую сыпучесть. As indicated above, the glaze serves as a fusion substance (melt) at high temperature (970-1020 ° C). We have tested, in addition to the brand VTR-100, and other brands of glaze, which are also suitable as smoothing. They are suitable for use, but it is necessary to adjust (decrease or increase) the firing temperature. In connection with the above, the brand of glaze is insignificant. The choice of particle size of aluminum oxide can be explained as follows. It is desirable that the particle size in the powder A1 2 0 3 be as small as possible, while maintaining high flowability.

Высокая сыпучесть достигается:  High flowability is achieved:

- твердостью материала - алюминия оксид одно из самых твердых веществ, и позволяет сохранять сыпучесть для частиц менее 50 мкм; подавляющее большинство глин становятся несыпучими при фракционном составе менее 50мкм;  - the hardness of the material - aluminum oxide is one of the most solid substances, and allows you to save flowability for particles less than 50 microns; the vast majority of clays become non-flowing with a fractional composition of less than 50 microns;

- маленьким разбросом в размере частиц - отсюда 40-50мкм, то есть ограничение 10 микронами разброса.  - a small scatter in the particle size - hence 40-50 microns, that is, a limitation of 10 microns of scatter.

Новым во втором изобретении является наличие дополнительного компонента - ПЭГ-7 (глицерил кокоат), замена вторичного спирта, а также массовое соотношение компонентов.  New in the second invention is the presence of an additional component - PEG-7 (glyceryl cocoate), the replacement of secondary alcohol, as well as the mass ratio of the components.

Достижение технического результата во втором изобретении обеспечивается тем, что увеличены следующие показатели:  The achievement of the technical result in the second invention is ensured by the fact that the following indicators are increased:

- средняя плотность - (1237-1250 кг/м3), - average density - (1237-1250 kg / m 3 ),

- прочность на сжатие - (7,92-8,20 кг/см2). - compressive strength - (7.92-8.20 kg / cm 2 ).

Кроме того, компоненты заявляемой композиции являются легкодоступными, что обеспечивает эффективность и экономичность получения керамических изделий, которые соответствуют требованиям керамической промышленности.  In addition, the components of the claimed composition are readily available, which ensures the efficiency and economy of obtaining ceramic products that meet the requirements of the ceramic industry.

ОПТИМАЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПЕРВОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ  OPTIMAL EMBODIMENT FOR CARRYING OUT THE FIRST INVENTION

Композицию ингредиентов порошка - прекурсора для изготовления керамических изделий путём трёхмерной печати готовят путём смешивания порошка алюминия оксида с размером частиц 40-50 мкм с глиной, например, марки МКЛ-1 и с глазурью, например, марки VTR-100 в произвольном порядке. Смесь компонентов перемешивают в течении ~ 5 мин. до полной гомогенизации. Указанные компоненты берут при следующем соотношении, мае. %: глина, например, марки МКЛ-1 2-40 The composition of the powder precursor ingredients for the manufacture of ceramic products by three-dimensional printing is prepared by mixing an aluminum oxide powder with a particle size of 40-50 microns with clay, for example, grade MKL-1, and with glaze, for example, grade VTR-100 in random order. The mixture of components is mixed for ~ 5 minutes. until complete homogenization. These components are taken in the following ratio, in May. %: clay, for example, grade MKL-1 2-40

глазурь, например, марки VTR- 100 4-20  glaze, for example, grades VTR-100 4-20

порошок алюминия оксида  aluminum oxide powder

с размером частиц 40-50 мкм остальное.  with a particle size of 40-50 microns, the rest.

Полученная таким образом композиция представляет собой белесый порошок и предназначена для приготовления керамического изделия путем трёхмерной печати.  Thus obtained composition is a whitish powder and is intended for the preparation of ceramic products by three-dimensional printing.

Примеры приготовления композиций порошка-прекурсора и результаты испытания керамических изделий, приготовленных с использованием заявляемых композиций.  Examples of the preparation of precursor powder compositions and test results of ceramic products prepared using the claimed compositions.

Пример 1  Example 1

Приготовили композицию, как описано выше. Компоненты брали при следующем соотношении, мае. %.  The composition was prepared as described above. The components were taken in the following ratio, May. %

глина МКЛ-1 10  clay MKL-1 10

глазурь VTR- 100 12  glaze VTR-100 12

порошок алюминия оксида  aluminum oxide powder

с размером частиц 40-50 мкм 78.  with a particle size of 40-50 microns 78.

Для проведения испытания заявляемой композиции приготовили тестовый образец керамического изделия (размером 5x5x5 см). Керамическое изделие изготовили путём трёхмерной печати на принтере Z corp 310.  To test the claimed composition, a test sample of a ceramic product was prepared (size 5x5x5 cm). The ceramic product was made by three-dimensional printing on a Z corp 310 printer.

Показатели физических характеристик приведены в Таблице 1.  Indicators of physical characteristics are shown in Table 1.

Примеры 2-9 иллюстрируют изготовление керамических изделий путём трёхмерной печати аналогично тому, как описано в примере 1, но при различном массовом соотношении компонентов, а также результаты испытаний образцов, полученных по примерам 2-9.  Examples 2-9 illustrate the manufacture of ceramic products by three-dimensional printing in the same way as described in example 1, but with different mass ratios of components, as well as the test results of the samples obtained in examples 2-9.

Данные приведены в таблице 1.  The data are shown in table 1.

Пример 10 иллюстрирует физические характеристики керамического изделия полученного путём трехмерной печати с использованием Stoneware Ceramic Powder, выпускаемого под торговой маркой Tethonite.  Example 10 illustrates the physical characteristics of a ceramic product obtained by three-dimensional printing using Stoneware Ceramic Powder, sold under the brand name Tethonite.

Данные приведены в таблице 1. Для определения деформации готового изделия, на принтере Z corp 310 были изготовлены три керамические трубки с использованием композиций по примерам N°No 2, 4 и 9. The data are shown in table 1. To determine the deformation of the finished product, three ceramic tubes were made using the Z corp 310 printer using the compositions of Examples Nos. 2, 4, and 9.

Сравнение полученных изделий с изображением оригинальной компьютерной модели (фото 1 ) показало, что:  Comparison of the obtained products with the image of the original computer model (photo 1) showed that:

- при содержании в композиции глазури VTR-100 15 мас.% (пример 2) расхождения в углах, вызванные огневой поводкой, составляют в среднем 1.6 градусов (фото 2);  - when the content of the VTR-100 glaze is 15 wt.% (example 2) in the composition, the differences in angles caused by the fire lead are on average 1.6 degrees (photo 2);

- при содержании в композиции глазури VTR-100 21 мас.% (пример 4) расхождения в углах, вызванные огневой поводкой, составляют - when the content of the glaze VTR-100 is 21 wt.% (example 4), the differences in the angles caused by the fire lead are

10 градусов и более (фото 3); 10 degrees or more (photo 3);

при содержании в композиции глазури VTR-100 3 мас.% when the content of glaze VTR-100 in the composition is 3 wt.%

(пример 9) количество глазури недостаточно для сохранения формы - изделие рассыпалось при обжиге (фото 4). (example 9) the amount of glaze is not enough to maintain shape - the product crumbled during firing (photo 4).

Дополнительно определяли плотность порошка в камере печати на правой стороне и на левой стороне после печати, приготовленного по примеру 1 и порошка Stoneware Ceramic Powder марки Tethonite ( пример 10).  Additionally, the density of the powder was determined in the print chamber on the right side and on the left side after printing, prepared according to example 1 and powder Stoneware Ceramic Powder brand Tethonite (example 10).

Результаты указаны в таблице 2.  The results are shown in table 2.

Как видно из приведенных данных плотность порошка, приготовленного по примеру 1, на правой стороне в камере печати на 155 % больше, а на левой стороне - на 134% больше, чем плотность порошка Stoneware Ceramic Powder.  As can be seen from the above data, the density of the powder prepared according to example 1, on the right side in the print chamber is 155% higher, and on the left side - 134% higher than the density of the powder Stoneware Ceramic Powder.

ОПТИМАЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ВТОРОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ  OPTIMUM EMBODIMENT OF THE SECOND INVENTION

Композицию связующего для трёхмерной печати керамических изделий готовят путем смешивания глицерина, изопропилового спирта, ПЭГ-7 (глицерил кокоат), этиленгликоля и дистиллированной воды в произвольном порядке.  A binder composition for three-dimensional printing of ceramic products is prepared by mixing glycerol, isopropyl alcohol, PEG-7 (glyceryl cocoate), ethylene glycol and distilled water in a random order.

Компоненты затем перемешивают в течении, ~ 5 мин, до полной гомогенизации. В случае необходимости придания готовому изделию определенного цвета к указанному составу дополнительно добавляют водорастворимый краситель. The components are then mixed for ~ 5 min until complete homogenization. If necessary, give the finished product a certain color to the specified composition additionally add a water-soluble dye.

Указанные компоненты берут в следующем соотношении, мас.%: глицерин 0, 5-9, 0  These components are taken in the following ratio, wt.%: Glycerin 0, 5-9, 0

5 изопропиловый спирт 0, 5-9, 0  5 isopropyl alcohol 0, 5-9, 0

ПЭГ-7 (глицерил кокоат) 0, 3-5,0  PEG-7 (glyceryl cocoate) 0, 3-5.0

этиленгликоль 5,0-30,0  ethylene glycol 5.0-30.0

дистиллированная вода остальное  distilled water the rest

При необходимости в состав композиции вводится краситель в количестве ю 0, 5-4, 0 мас.%.  If necessary, dye is introduced into the composition in the amount of 0, 5-4, 0 wt.%.

Полученная композиция представляет собой умеренно вязкую прозрачную жидкость либо имеет цвет соответствующего красителя.  The resulting composition is a moderately viscous transparent liquid or has the color of the corresponding dye.

Данная композиция пригодна для создания керамических изделий путем трехмерной печати.  This composition is suitable for creating ceramic products by three-dimensional printing.

15 Примеры приготовления и испытания композиции ингредиентов связующего для трёхмерной печати керамического изделия.  15 Examples of preparation and testing of the composition of the ingredients of a binder for three-dimensional printing of ceramic products.

Пример 1 1. Приготовили композицию связующего, как описано выше. Example 1 1. A binder composition was prepared as described above.

Компоненты композиции брали при следующем соотношении, мас.%: The components of the composition were taken in the following ratio, wt.%:

этиленгликоль 23,2  ethylene glycol 23.2

20 изопропиловый спирт 0,8  20 isopropyl alcohol 0.8

глицерин 0,5  glycerin 0.5

ПЭГ-7 (глицерил кокоат) 2,7  PEG-7 (glyceryl cocoate) 2.7

дистиллированная вода 72,8  distilled water 72.8

Для проведения испытания заявляемой композиции приготовили тестовый 25 образец керамического изделия (размером 5x5x5 см), содержащего 80% глины, 10% мальтодекстрина и 10 % связующего - композиции приготовленной по данному примеру. Керамическое изделие изготовили путём трёхмерной печати на принтере Zcorp 310.  To test the claimed composition, we prepared a test 25 sample of a ceramic product (5x5x5 cm in size) containing 80% clay, 10% maltodextrin and 10% binder — the composition prepared according to this example. The ceramic product was made by three-dimensional printing on a Zcorp 310 printer.

После печати и просушки изделие имело высокую очищаемость, зо отсутствовал фалынслой. Физические характеристики образца: средняя плотность 1250 кг/м3, After printing and drying, the product had high cleanability, there was no falsy layer. Physical characteristics of the sample: average density 1250 kg / m 3 ,

прочность на сжатие 8,20 кг/см2. compressive strength 8.20 kg / cm 2 .

Примеры 12-25 иллюстрируют изготовление и испытание керамических изделий изготовленных аналогично тому, как описано в примере 11, но при различных массовых соотношениях компонентов заявляемого связующего.  Examples 12-25 illustrate the manufacture and testing of ceramic products manufactured in the same way as described in example 11, but with different mass ratios of the components of the inventive binder.

Данные приведены в таблице 3.  The data are shown in table 3.

Как видно из данных, приведенных в таблице 3, уменьшение содержания в композиции ПЭГ-7 (пример 16) приводит к ухудшению физических характери стик :  As can be seen from the data given in table 3, a decrease in the content of PEG-7 in the composition (Example 16) leads to a deterioration in physical characteristics:

средняя плотность 10,88 кг/м3, the average density of 10.88 kg / m 3 ,

прочность на сжатие 6,15 кг/см .  compressive strength 6.15 kg / cm.

Повышенное содержание ПЭГ-7 также приводит к ухудшению (пример 17):  The increased content of PEG-7 also leads to deterioration (example 17):

средняя плотность 10,93 кг/м  average density 10.93 kg / m

прочность на сжатие 6,23 кг/см2. compressive strength of 6.23 kg / cm 2 .

Такая же закономерность проявляется при изменении содержания в композиции глицерина, изопропилового спирта, этиленгликоля - выход за пределы заявляемого (примеры 18-23).  The same pattern is manifested when the content of glycerol, isopropyl alcohol, ethylene glycol in the composition changes — going beyond the claimed limits (examples 18-23).

При этом следует отметить, что даже при выходе за пределы заявляемого, (примеры 16-23) физические характеристики изделий, приготовленных с применением предлагаемой композиции превышают характеристики прототипа:  It should be noted that even when going beyond the claimed, (examples 16-23), the physical characteristics of the products prepared using the proposed composition exceed the characteristics of the prototype:

средняя плотность выше на 239-276 единиц (кг/м3); the average density is higher by 239-276 units (kg / m 3 );

прочность на сжатие выше на 1,93-1,37 единиц (кг/см2). compressive strength is higher at 1.93-1.37 units (kg / cm 2 ).

Указанное подтверждает эффективность применения заявляемой композиции в качестве связующего для трехмерной печати керамического изделия.  This confirms the effectiveness of the claimed composition as a binder for three-dimensional printing of ceramic products.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ  INDUSTRIAL APPLICABILITY

В заводской лаборатории приготовлены и испытаны 9 образцов порошка- прекурсора, а также 15 образцов связующего. Изготовленны опытные образцы керамических изделий путём трёхмерной печати с использованием указанных композиций. In the factory laboratory, 9 samples of the precursor powder were prepared and tested, as well as 15 samples of the binder. Prototypes made ceramic products by three-dimensional printing using these compositions.

Испытания подтвердили возможность промышленного применения заявленных композиций и их преимущества в сравнении с известными составами. Tests have confirmed the possibility of industrial use of the claimed compositions and their advantages in comparison with known compositions.

Сравнительная характеристика порошка-прекурсора, Comparative characteristics of the precursor powder,

полученного по примерам 1-10  obtained in examples 1-10

Таблица 1  Table 1

Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0001

Плотность порошка в камере Powder density in the chamber

Таблица 2  table 2

Figure imgf000013_0002
Сравнительные данные потребительских свойств керамических изделий
Figure imgf000013_0002
Comparative data on consumer properties of ceramic products

Таблица 3

Figure imgf000014_0001
Table 3
Figure imgf000014_0001

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM 1. Композиция ингредиентов порошка - прекурсора для изготовления керамических изделий путём трёхмерной печати, содержащей глину и 5 плавень, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминия оксид, а в качестве плавня - глазурь, при следующем соотношении указанных компонентов, мае. %: 1. The composition of the ingredients of the powder is a precursor for the manufacture of ceramic products by three-dimensional printing containing clay and 5 fluff, characterized in that it additionally contains aluminum oxide, and as a fluff - glaze, in the following ratio of these components, May. %: глазурь 4-20  glaze 4-20 глина 2-40  clay 2-40 W алюминия оксид остальное  W aluminum oxide rest 2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она содержит алюминия оксид в виде порошка с размером частиц 40-50 мкм, глазурь марки VTR - 100, а глину марки МКЛ - 1.  2. The composition according to claim 1, characterized in that it contains aluminum oxide in the form of a powder with a particle size of 40-50 microns, VTR brand glaze - 100, and MKL brand clay - 1. 3. Композиция ингредиентов связующего для трёхмерной печати 15 керамических изделий, содержащая глицерин, этиленгликоль, вторичный спирт и дистиллированную воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ПЭГ-7, а в качестве вторичного спирта она содержит изопропиловый спирт, при следующем соотношении указанных компонентов, мае. %:  3. The composition of the ingredients of the binder for three-dimensional printing of 15 ceramic products containing glycerin, ethylene glycol, secondary alcohol and distilled water, characterized in that it additionally contains PEG-7, and as secondary alcohol it contains isopropyl alcohol, in the following ratio of these components, May. %: 20 глицерин 0, 5-9, 0  20 glycerin 0, 5-9, 0 изопропиловый спирт 0, 5-9, 0  isopropyl alcohol 0, 5-9, 0 ПЭГ-7 (глицерил кокоат) 0,3 -5,0  PEG-7 (glyceryl cocoate) 0.3 -5.0 Этиленгликоль 5,0-30  Ethylene Glycol 5.0-30 дистиллированная вода остальное  distilled water the rest 25 4. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит краситель в количестве 0, 5-4,0 мас.%.  25 4. The composition according to claim 1, characterized in that it additionally contains a dye in an amount of 0.5-4.0 wt.%.
PCT/UA2019/000025 2018-10-08 2019-02-26 Precursor powder and binder for manufacturing ceramic items by three-dimensional printing Ceased WO2020076279A1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201810035A UA120412C2 (en) 2018-10-08 2018-10-08 COMPOSITION OF BINDING INGREDIENTS FOR THREE-DIMENSIONAL PRINTING OF CERAMIC PRODUCTS
UAA201810035 2018-10-08
UAA201900325 2019-01-11
UAA201900325 2019-01-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020076279A1 true WO2020076279A1 (en) 2020-04-16

Family

ID=70164057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2019/000025 Ceased WO2020076279A1 (en) 2018-10-08 2019-02-26 Precursor powder and binder for manufacturing ceramic items by three-dimensional printing

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2020076279A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080213611A1 (en) * 2007-01-19 2008-09-04 Cinvention Ag Porous, non-degradable implant made by powder molding
US20130157013A1 (en) * 2010-06-07 2013-06-20 University of the West England, Bristol Product and process
US8475946B1 (en) * 2007-03-20 2013-07-02 Bowling Green State University Ceramic article and method of manufacture
RU2556657C2 (en) * 2010-02-23 2015-07-10 Ламберти Спа Ceramic media and ink in powder form
US20170246686A1 (en) * 2014-09-26 2017-08-31 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Pastes for printing three-dimensional objects in additive manufacturing processes

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080213611A1 (en) * 2007-01-19 2008-09-04 Cinvention Ag Porous, non-degradable implant made by powder molding
US8475946B1 (en) * 2007-03-20 2013-07-02 Bowling Green State University Ceramic article and method of manufacture
RU2556657C2 (en) * 2010-02-23 2015-07-10 Ламберти Спа Ceramic media and ink in powder form
US20130157013A1 (en) * 2010-06-07 2013-06-20 University of the West England, Bristol Product and process
US20170246686A1 (en) * 2014-09-26 2017-08-31 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Pastes for printing three-dimensional objects in additive manufacturing processes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69723173T2 (en) Manufacturing process for a ceramic core of a denture
FR2473499A1 (en) INORGANIC EXPANDED MATTER
JP5658294B2 (en) Refractory ceramic composite and method for producing the same
JPS62270457A (en) Method of forming metal, ceramic powder or like and composition therefor
EP1870389A2 (en) Extrusion or injection moding composition and method for preparing molded part
DE102019133741A1 (en) Process for producing thin transparent ceramic parts and thin transparent ceramic parts
CN1532170A (en) Preparation method of gradient pore ceramic filter element
WO2020076279A1 (en) Precursor powder and binder for manufacturing ceramic items by three-dimensional printing
JP2019064907A (en) Method of manufacturing glass ceramic article by slurry casting and usage thereof
KR100242624B1 (en) Method of producing a pottery by using zeolite
RU2507057C1 (en) Polygranular mass for production of structured abrasive tool
KR20170077972A (en) Composite for ceramic ware body with high strength and manufacturing method of ceramic ware with high strength using the composite
CN106348733B (en) High-precision NTC material and manufacturing method thereof
DE4016861A1 (en) POWDER FOR THE PRODUCTION OF CERAMIC GREEN FILMS AND THEIR USE
UA134989U (en) COMPOSITION OF PRECURSOR POWDER INGREDIENTS FOR MANUFACTURE OF CERAMIC PRODUCTS BY THREE-DIMENSIONAL PRINTING
JP7227631B2 (en) Slurry composition for firing, green sheet, method for producing green sheet, method for producing sintered body, and method for producing multilayer ceramic capacitor
JPH0369545A (en) Manufacturing white ware ceramic product
JP2596080B2 (en) Ceramic raw material for dry molding and method for producing ceramic molded body using the same
EP0672638B1 (en) Thermal insulation material based on alumina fibers and its manufacture
DE3140451C2 (en) Process for the production of ceramic moldings
JPS6027505A (en) Manufacture of ceramic structure
JPH01119538A (en) Production of transparent molded quartz glass body
JP2958579B2 (en) Production method of pearl core material
KR102747911B1 (en) Paste composition for manufacturing white porcelain in 3d printer
FR3074492B1 (en) SINTERED PLATELET ALUMINA PRODUCT

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19871552

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19871552

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 10/09/2021)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19871552

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1