一種用于3d打印的粘土材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種3D打印材料及其制備方法，具體涉及一種用于3D打印的粘土材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)又稱增材制造技術(shù)，是快速成型領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，材料成為限制3D打印技術(shù)未來走向的關(guān)鍵因素之一，在某種程度上，材料的發(fā)展決定著3D打印能否有更廣泛的應(yīng)用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細(xì)胞生物原料、木質(zhì)材料以及砂糖等食品材料也在3D打印領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
[0003]粘土作為人類應(yīng)用最早的無機(jī)材料之一，具有存量豐富、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，至今依然是人們生活中應(yīng)用最多的無機(jī)材料，粘土不僅可用于陶瓷材料的燒制，房屋修建、鋪設(shè)道路等，還能用于工業(yè)，如高分子材料中的填料、廢水的處理、金屬的冶煉等。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，各種材料被應(yīng)用于3D打印，傳統(tǒng)材料的使用方法也發(fā)生了改變，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，同樣為粘土的使用方法提供了新的思路。在利用3D打印技術(shù)成型陶瓷產(chǎn)品的時(shí)候，人們使用的3D打印材料都是通過粘土燒制而成的陶瓷粉末，然后通過直接或間接的方法得到陶瓷產(chǎn)品，但陶瓷粉末的制備方法復(fù)雜且成本高昂，嚴(yán)重阻礙了3D打印技術(shù)在陶瓷成型上的發(fā)展和應(yīng)用。粘土本身具有優(yōu)異的粘性和可塑性，可直接成型制成陶瓷坯體，然后燒結(jié)得到陶瓷，但由于工藝、技術(shù)的缺陷，成型的陶瓷胚體具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸精度差等缺點(diǎn)，嚴(yán)重限制了粘土及其制品在生活中的應(yīng)用，如果將3D打印技術(shù)用于粘土進(jìn)而成型得到陶瓷，完全可以完善并解決上述的缺陷，因此，將粘土用于3D打印成型對(duì)粘土及其制品在生活中的應(yīng)用具有重要意義和市場(chǎng)價(jià)值。
[0004]由于粘土的塑性和力學(xué)性能是對(duì)立的，未經(jīng)過改性處理的粘土材料不適用于3D打印成型，高塑性的粘土力學(xué)性能較差，不利于成型過程中的支撐和造型，而力學(xué)性能好的粘土粘結(jié)性和塑性較差，不利于成型過程中的粘結(jié)和擠出，因而，需要對(duì)粘土進(jìn)行改性處理，得到適合3D打印技術(shù)的粘土材料，才能將粘土應(yīng)用于3D打印。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了擴(kuò)大3D打印技術(shù)在生活中的應(yīng)用范圍，使粘土材料能用于3D打印技術(shù)，從而提出一種用于3D打印的粘土材料及其制備方法。
[0006]本發(fā)明一種用于3D打印的粘土材料，其特征在于是具有塑性的用于3D打印技術(shù)的粘稠狀粘土混合物，其材料重量份組成如下:
粘土50-65份，
骨料1-30份，
潤(rùn)濕劑30-45份， 增韌劑3-8份，
增塑劑5-10份，
其中所述的粘土為經(jīng)過高溫煅燒去除了有機(jī)質(zhì)的細(xì)度為800-2000目的高嶺土、蒙脫土中的一種或兩種;所述的骨料為細(xì)度為500-2000目的水白云母粉末、蒙脫石粉末、石英粉末和長(zhǎng)石粉末中的一種或多種;所述的潤(rùn)濕劑為水與乙醇按1:1混溶的乙醇溶液;所述的增韌劑為碳化硅晶須、氮化硅晶須、鈦酸鉀晶須、硼酸鋁晶須、氧化鋁晶須、氧化鋅晶須、硫酸鈣晶須中的一種或多種;所述的增塑劑為甘油、植物油中的一種或多種。
[0007]上述一種用于3D打印的粘土材料是通過以下制備方法得到的，其特征在于具體步驟如下:
1、將50-65重量的粘土、1-30重量份的骨料加入行星式球磨機(jī)中進(jìn)行混合研磨l-2h得到粘土與骨料的混合物粉末；
2、將30-45重量份的潤(rùn)濕劑、3-8重量份的增韌劑、5-10重量份的增塑劑加入到步驟I得到的混合物粉末中，繼續(xù)在行星式球磨機(jī)中進(jìn)行混合研磨0.5-lh后出料得到粘稠狀粘土混合物；
3、將步驟2得到的粘稠狀粘土混合物放入壓力型捏合機(jī)中，在壓力為0.2-0.3Mpa、速度為20-30r/min的條件下進(jìn)行捏合處理20-30min得到一種用于3D打印的粘土材料。
[0008]本發(fā)明為了得到適用于3D打印技術(shù)的粘土材料，對(duì)粘土進(jìn)行了改性處理:加入乙醇作為粘土的潤(rùn)濕劑，利用乙醇易揮發(fā)的特性，在3D打印時(shí)，粘土材料中的乙醇揮發(fā)，粘土硬化，能提高粘土的力學(xué)性能；加入了增韌劑，提高了粘土的韌性，3D打印成型時(shí)力學(xué)性能更好，打印得到的產(chǎn)品韌性也更加優(yōu)異;加入了增塑劑，既能起到潤(rùn)濕作用，又能增加粘土塑性;采用了行星式球磨機(jī)和壓力型捏合機(jī)對(duì)粘土進(jìn)行處理，不僅使各材料分散更均勻，而且各材料之間的縫隙小，密度大，因而收縮率小，打印精度高。采用上述改性方法得到的粘土材料具有塑性好，易成型，力學(xué)性能好，精度高的優(yōu)點(diǎn)，適用于3D打印成型技術(shù)，促進(jìn)了 3D打印成型技術(shù)的推廣應(yīng)用，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
[0009]本發(fā)明突出的特點(diǎn)和有益效果在于:
1、本發(fā)明將粘土用于3D打印技術(shù)，并對(duì)粘土進(jìn)行了改性處理，得到了一種適合用于3D打印的粘土材料。
[0010]2、本發(fā)明提出了對(duì)粘土進(jìn)行改性處理的方法，制備得到一種具有塑性好，易成型，力學(xué)性能好，精度高的粘土材料。
[0011 ] 3、本發(fā)明方法制得的產(chǎn)品尺寸精度好，成型形狀容易控制，且方法簡(jiǎn)單可靠，成本低廉。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下通過【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0013]實(shí)施例1
1、將50重量的800目高嶺土、10重量份的500目的水白云母粉末加入行星式球磨機(jī)中進(jìn)行混合研磨Ih得到粘土與骨料的混合物粉末； 2、將30重量份的水與乙醇按I: I混溶的乙醇溶液、3重量份的碳化硅晶須、5重量份的甘油加入到步驟I得到的混合物粉末中，繼續(xù)在行星式球磨機(jī)中進(jìn)行混合研磨0.5h后出料得到粘桐狀粘土混合物；
3、將步驟2得到的粘稠狀粘土混合物放入壓力型捏合機(jī)中，在壓力為0.2Mpa、速度為20r/min的條件下進(jìn)行捏合處理20min得到一種用于3D打印的粘土材料。
[0014]實(shí)施例2
1、將65重量的2000目的高嶺土、20重量份的2000目的蒙脫石粉末加入行星式球磨機(jī)中進(jìn)行混合研磨2h得到粘土與骨料的混合物粉末；
2、將45重量份的水與乙醇按1:1混溶的乙醇溶液、8重量份的氮化硅晶須、1重量份的菜籽油加入到步驟I得到的混合物粉末中，繼續(xù)在行星式球磨機(jī)中進(jìn)行混合研磨Ih后出料得到粘稠狀粘土混合物；
3、將步驟2得到的粘稠狀粘土混合物放入壓力型捏合機(jī)中，在壓力為0.3Mpa、速度為30r/min的條件下進(jìn)行捏合處理30min得到一種用于3D打印的粘土材料。
[0015]實(shí)施例3
1、將55重量的800目的蒙脫土、10重量份的2000目的石英粉末加入行星式球磨機(jī)中進(jìn)行混合研磨1.5h得到粘土與骨料的混合物粉末；
2、將30重量份的水與乙醇按1:1混溶的乙醇溶液、5重量份的鈦酸鉀晶須、8重量份的棉籽油加入到步驟I得到的混合物粉末中，繼續(xù)在行星式球磨機(jī)中進(jìn)行混合研磨Ih后出料得到粘桐狀粘土混合物；
3、將步驟2得到的粘稠狀粘土混合物放入壓力型捏合機(jī)中，在壓力為0.3Mpa、速度為20r/min的條件下進(jìn)行捏合處理25min得到一種用于3D打印的粘土材料。
[0016]實(shí)施例4
1、將60重量的2000目的蒙脫土、15重量份的2000目的長(zhǎng)石粉末加入行星式球磨機(jī)中進(jìn)行混合研磨2h得到粘土與骨料的混合物粉末；
2、將35重量份的水與乙醇按I: I混溶的乙醇溶液、6重量份的氧化鋅晶須、7重量份的蓖麻油加入到步驟I得到的混合物粉末中，繼續(xù)在行星式球磨機(jī)中進(jìn)行混合研磨0.5h后出料得到粘稠狀粘土混合物；
3、將步驟2得到的粘稠狀粘土混合物放入壓力型捏合機(jī)中，在壓力為0.2Mpa、速度為25r/min的條件下進(jìn)行捏合處理30min得到一種用于3D打印的粘土材料。
[0017]實(shí)施例5
1、將50重量的1000目的高嶺土、30重量份的2000目的水蒙脫石粉末加入行星式球磨機(jī)中進(jìn)行混合研磨1.5h得到粘土與骨料的混合物粉末；
2、將30重量份的水與乙醇按I: I混溶的乙醇溶液、8重量份的氧化鋁晶須、10重量份的花生油加入到步驟I得到的混合物粉末中，繼續(xù)在行星式球磨機(jī)中進(jìn)行混合研磨Ih后出料得到粘稠狀粘土混合物；
3、將步驟2得到的粘稠狀粘土混合物放入壓力型捏合機(jī)中，在壓力為0.3Mpa、速度為25r/min的條件下進(jìn)行捏合處理20min得到一種用于3D打印的粘土材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于3D打印的粘土材料，其特征在于是具有塑性的用于3D打印技術(shù)的粘稠狀粘土混合物，其材料重量份組成如下: 粘土50-65份， 骨料1-30份， 潤(rùn)濕劑30-45份， 增韌劑3-8份， 增塑劑5-10份， 其中所述的粘土為經(jīng)過高溫煅燒去除了有機(jī)質(zhì)的細(xì)度為800-2000目的高嶺土、蒙脫土中的一種或兩種;所述的骨料為細(xì)度為500-2000目的水白云母粉末、蒙脫石粉末、石英粉末和長(zhǎng)石粉末中的一種或多種;所述的潤(rùn)濕劑為水與乙醇按1:1混溶的乙醇溶液;所述的增韌劑為碳化硅晶須、氮化硅晶須、鈦酸鉀晶須、硼酸鋁晶須、氧化鋁晶須、氧化鋅晶須、硫酸鈣晶須中的一種或多種;所述的增塑劑為甘油、植物油中的一種或多種。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種用于3D打印的粘土材料，其特征在于是通過以下制備方法得到的，具體步驟如下: (1)、將50-65重量的粘土、1-30重量份的骨料加入行星式球磨機(jī)中進(jìn)行混合研磨l-2h得到粘土與骨料的混合物粉末； (2)、將30-45重量份的潤(rùn)濕劑、3-8重量份的增韌劑、5-10重量份的增塑劑加入到步驟I得到的混合物粉末中，繼續(xù)在行星式球磨機(jī)中進(jìn)行混合研磨0.5-lh后出料得到粘稠狀粘土混合物； (3)、將步驟(2)得到的粘稠狀粘土混合物放入壓力型捏合機(jī)中，在壓力為0.2-0.3Mpa、速度為20-30r/min的條件下進(jìn)行捏合處理20-30min得到一種用于3D打印的粘土材料。
【專利摘要】一種用于3D打印的粘土材料及其制備方法，本發(fā)明為了得到適用于3D打印技術(shù)的粘土材料，對(duì)粘土進(jìn)行了改性處理，得到一種粘土材料，該粘土材料具有塑性好，易成型，力學(xué)性能好，精度高的優(yōu)點(diǎn)，適用于3D打印成型技術(shù)，促進(jìn)了3D打印成型技術(shù)的推廣應(yīng)用，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
【IPC分類】C04B33/13
【公開號(hào)】CN105503147
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510981304
【發(fā)明人】陳慶, 曾軍堂, 葉任海
【申請(qǐng)人】成都新柯力化工科技有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月24日