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3D打印陶瓷墨水研究

更新时间: 2019-11-28 10:30:07  查看次数: 401    
陶瓷墨水主要由陶瓷粉体、溶剂、分散剂和其他助剂组成。


陶瓷粉体

陶瓷粉体是三维打印成型陶瓷墨水的主体部分,通常要求陶瓷粉体的颗粒尺寸小于1μm,防止因为颗粒较大造成陶瓷颗粒之间发生团聚沉淀而堵塞打印机喷头;另外要求陶瓷颗粒形貌接近球形,因为球形颗粒有利于陶瓷墨水的能够顺利地通过喷嘴。


溶剂

溶剂使分散在其中的固相陶瓷颗粒保持流体状态,从而使陶瓷颗粒能够从喷墨打印机中顺利喷出。在选用溶剂时,不仅要考虑其粘度、表面张力、气味和毒性等因素,还要考虑溶剂与其他助剂的兼容性,同时溶剂要有足够大的挥发性为墨水的多层沉积提供条件。油溶性陶瓷墨水因为其固相含量低粘度大而不适用于三维打印成型,但水基陶瓷墨水在制备高固相含量的陶瓷墨水时仍能保持较低粘度从而更加适用于三维打印成型。


分散剂

陶瓷墨水喷墨打印过程中,最常见且最易发生的问题是由于陶瓷墨水中颗粒团聚沉淀阻塞喷头导致打印中断,因此,陶瓷墨水的分散稳定是当今许多陶瓷墨水面临的难题。分散剂能够使颗粒尺寸细小的陶瓷粉体均匀分散在溶剂中,有效地阻碍陶瓷颗粒团聚沉淀。分散剂主要有以下三种分散机制
  • 静电排斥效应,分散剂电离后以离子形式在颗粒表面吸附形成双电层,双电层之间带同种电荷产生斥力阻止微粒靠近
  • 空间位阻效应,分散剂高分子链在颗粒表面表成的吸附层阻碍颗粒之间的接触碰撞,从而避免了陶瓷墨水的聚沉
  • 静电位阻效应,某些分散剂既有静电稳定作用又有位阻稳定作用。选择的分散剂需要与溶剂兼容且能充分润湿陶瓷颗粒,但是需要控制分散剂的用量,分散剂加入过多造成颗粒絮凝,加入过少则不足以使颗粒分散均匀


其他助剂

其他助剂有粘结剂、催干剂、除泡及pH调节剂等。粘结剂的加入能够增强陶瓷成型坯体强度,水溶性陶瓷粘结剂常用聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)等。催干剂能够改善墨水的干燥性能,提高墨水的干燥性能有利于打印成型,通常选用挥发性较强的物质作为催干剂。气泡的存在可能导致墨水无法从喷嘴喷出,因此陶瓷墨水中需要加入少量除泡剂。常用pH调节剂有氨水、氢氧化钠、盐酸和氯化铵等。



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