3d打印陶瓷零件所用材料及工艺的制作方法[0002]现有技术中制备陶瓷零件的方法主要是首先将陶瓷粉体和粘结剂按照一定比例混合调制成浆料，再将浆料注入特定模具中成型得到粗坯，之后利用如激光、高温等各种方法将粗坯进行固相烧结得到陶瓷零件。该方法一方面需要按照零件的具体设计制作模具，不适合小批量生产，而且制作复杂零件的模具需要大量的人工成本和材料成本，制作的零件形状也受到较大限制。再者由于模具结构与零件结构为一一对应关系，在零件制作完成后模具就不再具备使用价值，这样就产生大量难以重复利用的模具废料。[0003]另一方面，由于在固相烧结的过程中将大部分粘结剂封闭在陶瓷内部，导致陶瓷零件含有较多的杂质，从而影响陶瓷零件的整体硬度。
[0004]本发明针对现有技术中制作模具效率低下，固相烧结后的陶瓷零件含有较多杂质的问题，提出一种利用3D打印技术形成陶瓷粗坯，且通过加入粒度不同的陶瓷粉体，使之在第一次烧结中形成用于粘结剂溢出的蒸发空隙的3D打印陶瓷零件所用材料及工艺。[0005]本发明的技术方案如下:[0006]一种3D打印陶瓷零件所用材料，其特征在于:包括低温粘结剂、中温粘结剂和陶瓷粉，其中所述低温粘结剂、中温粘结剂和陶瓷粉被预制成颗粒，所述颗粒的粒度范围在Φ 0.5 ~Φ 3.0mm。[0007]所述颗粒的包括大粒度的大颗粒和小粒度的小颗粒，所述大颗粒与小颗粒的比例为 15/65 ~25/55。
[0008]所述比例为20/60。
[0009]所述大颗粒的粒度为150~300目，小颗粒的粒度为400~600目。
[0010]所述陶瓷粉与低温粘结剂的体积比为40/60~60/40，质量比为75/25~90/10。
[0011]所述陶瓷粉与低温粘结剂的体积比为50/50，质量比为80/20。
[0012]所述低温粘结剂为适当熔点塑料，所述中温粘结剂为无机硅酸盐。
[0013]一种使用上述3D打印陶瓷零件所用材料的3D打印陶瓷零件工艺，其步骤包括:
[0014]1)配制包括低温粘结剂、中温粘结剂和陶瓷粉的打印材料的颗粒；
[0015]2)使用基于热溶解积层法的3D打印设备将所述打印材料制成粗坯；
[0016]3)对所述粗坯进行中温烧结，通过所述颗粒之间形成的蒸发空隙，蒸发粗坯中的低温粘结剂，得到一次烧结件；
[0017]4)对所述一次烧结件进行高温烧结，得到陶瓷零件。
[0018]所述中温烧结的温度为500~600°C。
[0019]所述高温烧结的温度为1650~1680°C。[0020]本发明的技术效果如下:
[0021]本发明的3D打印陶瓷零件所用材料包括低温粘结剂、中温粘结剂和陶瓷粉，其中低温粘结剂、中温粘结剂和陶瓷粉被预制成颗粒。由于经过3D打印生成的粗坯在烧结过程中，需要将低温粘结剂蒸发掉，而相对于使用未被颗粒化的打印材料的现有技术，本发明通过颗粒构成的疏松结构，为低温粘结剂提供溢出的蒸发缝隙。特别是当使用粒度不同的颗粒时，大小颗粒形成支撑结构，更利于低温粘结剂的升华溢出，使一次烧结件中残留的低温粘结剂更少。而在高温烧结时，固相反应使得陶瓷粉融合而弥补了蒸发缝隙的空间，虽然最终得到的陶瓷零件的体积会比粗坯稍有缩减，但这使得陶瓷零件的结构更加致密紧凑，硬度更高。



[0022]图1是本发明实施例的流程示意图
[0023]下面结合附图对本发明进行说明。
[0024]3D打印先通过计算机辅助设计(CAD)建立软件三维模型，再将建成的三维模型分区成逐层的截面，从而指导打印设备进行逐层打印。本发明利用基于热溶解积层法的3D打印设备，将按照一定比例混合有粘结剂的陶瓷粉作为打印材料，通过逐层打印的方式来实现与三维模型一致的零件粗坯的空间立体几何形态。通过中温烧结使零件粗坯脱脂得到一次烧结件，之后将一次烧结件进行高温烧结，最终得到陶瓷零件。其具体步骤包括:
[0025]I)配制打印材料: [0026]本发明的打印材料中包括低温粘结剂、中温粘结剂和陶瓷粉，其中低温粘结剂可为聚乙烯蜡等能够在100°C左右即乳化的材料，中温粘结剂为无机硅酸盐等能够在500°C左右即熔融的材料。由于中温粘结剂的含量较少，且存在于最终烧结得到的零件中，因此仅计算低温粘结剂和陶瓷粉的配比即可，即陶瓷粉与低温粘结剂的体积比为40/60~60/40，质量比为75/25~90/10 ;本发明优选陶瓷粉与低温粘结剂的体积比为50/50，质量比为80/20，例如当陶瓷粉的体积占总体积的50%，低温粘结剂的体积占50%，陶瓷粉的质量占总质量的80%，低温粘结剂的质量占20%。
[0027]由于低温粘结剂与陶瓷粉的比重不同，为了避免混合后的打印材料在长时间放置后或运输途中产生偏析，本发明将打印材料预制成颗粒。针对不同的需求，打印材料的颗粒可为相同粒度或不同粒度。
[0028]2)进行3D打印:
[0029]将打印材料填入3D打印设备的供料盒中，在打印设备读入零件三维模型的截面图像后，在针头处将打印材料加热使低温粘结剂乳化，之后将液态的打印材料置入截面图像的实心部分，静置片刻使之成型。按照各截面图像重复本步骤，逐层打印堆积，最后得到与三维模型一致的零件粗坯。
[0030]3)中温烧结:
[0031]本步骤是在500°C左右的温度下对零件粗坯进行烧结，使低温粘结剂溢出实现脱脂的一次烧结件，同时中温粘结剂熔融继续维持陶瓷粉的立体形态，烧结温度优选600°C。为了减少低温粘结剂的残不至于影响零件的整体硬度，本发明在步骤I)中将打印材料预制成粒度不同的颗粒，使之在烧结时形成微观的蒸发缝隙，低温粘结剂可通过这些蒸发缝隙溢出到外界空间中。为了实现这一目的，打印材料的大颗粒粒度为150~300目，小颗粒粒度为400~600目，大颗粒与小颗粒的比例为15/65~25/55。
[0032]4)高温烧结:
[0033]本步骤是在1670°C左右的温度下对中温烧结的一次烧结件进行烧结，通过固相反应得到高密度、高精度的陶瓷零件。
[0034]假设粗坯的体积为VI，陶瓷零件的体积为V2，则其有以下关系:
[0035]V2 = ψ/2 [0036]以上所述可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。