三维快速成型打印技术成型材料及粘结剂研制

作     者：王位 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨卓如

授予年度：2012年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：三维打印 改性硫酸钙 水基粘结剂 粉末成型材料 

摘      要：快速成型(Rapid Prototyping，简称RP)技术是20世纪80年代末产生和发展起来的一种新型制造技术，是利用三维CAD数据，通过快速成型机，将材料一层层地堆积成实体原型的技术，可以自动、快速、直接、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或制造零件。 三维快速成型打印（Three Dimensional Printing，简称3DP）技术作为其中的一种快速成型技术，属于绿色的桌面快速成型设备，具有成本低、体积小、无污染等优点，而其中的粘接材料三维打印成型技术的原理和工作过程是使用喷头喷出粘结剂，选择性地将粉末材料粘结起来。由于设备原料采用粉末材料，不需要制作支承，成本远远低于其它的快速成型技术，是其它快速成型技术的一半以上;它可以制作出具有石膏、塑料、橡胶、陶瓷等原料属性的产品模型。不仅可以制作概念模型，而且可以制作产品模型，广泛应用于成型工业、建筑设计、医用器械制备、汽车等方面。该技术所用原料国内尚无产品，因而开发研究该类原料具有较好的经济和社会效益。 本文对快速成型技术及三维快速成型打印技术的原理等进行了描述，并根据成型原理，主要通过对二水硫酸钙进行改性，通过正交试验确定了硫酸钙粉末硬化时间及分散性改善的最优条件，并对改性剂改性的原理进行了探索，并将改性所得的关键组分改性硫酸钙与改性二氧化硅、聚乙烯醇、氧化铝等粉末进行混合，通过大量实验并结合数学模拟软件对粉末成型材料的最佳配方及混合工艺等进行了研究，并对成型材料的密度、抗压强度、硬化时间、滚动性等进行比较测试。并以进口水基粘结剂作为参考，以蒸馏水为主要成分，通过添加丙三醇、无水乙醇、特殊表面活性剂等对水基粘结剂的表面张力、粘度、挥发速度、促凝性、电导率等性能进行了调节，制得符合打印头需求的水基粘结剂。将粉末成型材料与水基粘结剂上机打印，结合性能较好，打印结果比较满意。