本发明涉及模型生产
技术领域：
、铸造
技术领域：
、3d打印领域，特别涉及一种用于精密铸造的无机单组份墨水及其制备方法。
背景技术：
：目前，为了得到某种结构形状的产品，常采用的制作方法包括3d打印、手工脱模制作、机械制作、注塑或者浇注成形等方式。3d打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用硅砂、熔融石英、电熔刚玉、莫来石、硅线石、高岭石熟料、耐火黏土、锆英砂(粉)、金红石、尖晶石、氧化镁、氧化钙、陶粒砂、络矿砂、碳化硅粉、氮化硅粉、氧化铝粉、粉状金属、塑料橡胶类材料等可粘合材料，通过逐层铺粉打印头喷射粘合剂的方式来构造物体的技术。3d打印技术常在模具制造、精密工艺品、工业设计等领域被用于制造模型及产品，是目前制作模型最为方便、先进、快捷、廉价的一种方法。目前，传统粉末3d打印多采用有机粘结剂体系，喷墨墨水材料通常为呋喃树脂、热酚醛树脂等，这种粘合剂体系成本高、环境污染严重、气味刺鼻、此有机材料最高耐高温为400℃左右，超过温度材料失效，产品坍塌溃散成小砂粒，通常此模型表面需要涂覆耐火涂料以保证砂型内部不发生坍塌，即使这样也无法保证铸件尺寸及粗糙度，给后续造成大量繁重的后处理工作。目前而言无机胶黏剂多为双组份甚至三组分的产品，固化剂需70～140目的耐火材料混合均匀，但固化剂加入量少于耐火材料的0.3％的情形，超过0.3％的固化剂加入量无法与耐火材料混合均匀，无法应用于3d打印技术上，一般地超过200目的细粉，固化剂也无法与耐火材料混合均匀造成产品无法应用于更高端的方向。技术实现要素：本发明针对现有技术中打印墨水不耐高温，受热变形坍塌、铸件表面质量差、不环保、成本高等问题，提出一种用于精密铸造的无机单组份墨水及其制备方法，本发明无机单组份墨水成本低、环保、耐高温，实现了耐高温无机胶黏剂在3d打印精密铸造方向的成功应用；同时克服了现有技术中因无机胶黏剂表面张力不满足喷墨要求、分散性问题、粘度等问题无法应用在3d打印上的难题。为解决上述存在的不足，本发明采用的技术方案为：一种用于精密铸造的无机单组份墨水，所述无机单组份墨水按质量份计算由以下组分组成，包括无机胶黏剂50～90份、去离子水5～50份、增稠剂0.01～5份、分散剂3～15份、表面活性剂0.01～1份和消泡剂0.005～0.1份。进一步的，所述无机胶黏剂为改性磷酸盐、改性硅酸盐、铝溶胶、硼酸盐、硫酸盐、有机无机混合型以及金属氧化物的一种或几种。进一步的，所述增稠剂聚氨酯有机增稠剂、丙烯酸增稠剂、硫水改性非聚氨酯增稠剂、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺有机增稠剂、无机水性纳米硅酸镁铝以及无机水性纳米硅酸镁锂的一种或几种。进一步的，所述分散剂为聚乙二醇200、聚乙二醇400、甘油、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺以及脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或几种。进一步的，所述表面活性剂为水溶性聚醚表面活性剂、自分散型聚醚表面活性剂、多支链醇改性表面活性剂、炔二醇改性表面润湿剂、多支链醇改性表面润湿剂以及炔二醇改性表面活性剂中的一种或几种。进一步的，所述消泡剂为硅聚醚消泡剂、聚醚消泡剂、有机硅消泡剂、矿物油消泡剂、无硅消泡剂、磷酸三丁酯消泡剂以及酰胺类消泡剂的一种或几种。一种用于制备上述所述的用于精密铸造的无机单组份墨水的方法，包括如下步骤：步骤一：取定量无机胶黏剂，搅拌均匀后，缓慢向搅拌中的无机胶黏剂加入定量去离子水，搅拌5～15min；步骤二：取定量增稠剂缓慢加入上述搅拌液中，搅拌30～120min后，缓慢加入定量分散剂，搅拌至液料混合均匀后，缓慢加入定量表面活性剂，并搅拌5～20min；步骤三：取定量消泡剂缓慢加入上述搅拌液中，搅拌10～30min，取出液料静置；对液料进行抽滤处理并静置2h以上。进一步的，所述搅拌转速均为600～1200r/min。进一步的，所述步骤三中液料静置1～3h。本发明方法与现有技术相比具有以下有益效果：本发明克服了现有技术中打印墨水不耐高温，受热变形坍塌、铸件表面质量差、后处理量大、不环保、成本高、打印材料局限等问题，制备了一种用于精密铸造的无机单组份墨水，不仅成本低、环保、耐高温、用模型铸造出的产品表面粗糙度低、基本不需要后处理，还能实现大墨量、高喷射速度、高精度的打印，实现了耐高温无机胶黏剂在3d打印精密铸造方向的成功应用，替代传统的熔模精密铸造、消失模精密铸造，减少了工作流程，提升铸造效率。同时克服了现有技术中因无机胶黏剂表面张力不满足喷墨要求、分散性问题、粘度等问题无法应用在3d打印上的难题，更重要的是解决了目前因固化剂加入量＞0.3％(占耐火材料的比例)，固化剂无法与耐火材料混合均匀的难题。本发明无机单组份墨水具有分散性良好、澄清透明、不易成膜、不团聚及喷墨效果良好等特性。具体实施方式为了便于理解本发明，下面将参照相关实施例对本发明进行更全面的描述。实施例中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。为解决上述存在的不足，本发明采用的技术方案为：一种用于精密铸造的无机单组份墨水，所述无机单组份墨水按质量份计算由以下组分组成，包括无机胶黏剂50～90份、去离子水5～50份、增稠剂0.01～5份、分散剂3～15份、表面活性剂0.01～1份和消泡剂0.005～0.1份；所述无机胶黏剂为改性磷酸盐、改性硅酸盐、铝溶胶、硼酸盐、硫酸盐、有机无机混合型以及金属氧化物的一种或几种；所述增稠剂聚氨酯有机增稠剂、丙烯酸增稠剂、硫水改性非聚氨酯增稠剂、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺有机增稠剂、无机水性纳米硅酸镁铝以及无机水性纳米硅酸镁锂的一种或几种；所述分散剂为聚乙二醇200、聚乙二醇400、甘油、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺以及脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或几种；所述表面活性剂为水溶性聚醚表面活性剂、自分散型聚醚表面活性剂、多支链醇改性表面活性剂、炔二醇改性表面润湿剂、多支链醇改性表面润湿剂以及炔二醇改性表面活性剂中的一种或几种；所述消泡剂为硅聚醚消泡剂、聚醚消泡剂、有机硅消泡剂、矿物油消泡剂、无硅消泡剂、磷酸三丁酯消泡剂以及酰胺类消泡剂的一种或几种。一种用于制备上述所述的用于精密铸造的无机单组份墨水的方法，包括如下步骤：步骤一：取定量无机胶黏剂，搅拌5～20min；缓慢向搅拌中的无机胶黏剂加入定量去离子水，搅拌5～15min；步骤二：取定量增稠剂缓慢加入上述搅拌液中，搅拌30～120min后，缓慢加入定量分散剂，搅拌至液料混合均匀后，缓慢加入定量表面活性剂，并搅拌5～20min；步骤三：取定量消泡剂缓慢加入上述搅拌液中，搅拌10～30min，取出液料静置1～3h；对液料进行抽滤处理并静置2h以上。进一步的，所述搅拌转速均为600～1200r/min。实施例1(1)无机墨水配方(按重量份数计)：(2)制备方法：步骤一：按重量比称取定量na2o改性硅酸钠无机胶黏剂置于配料罐中，开启搅拌器，搅拌转速为1000r/min，持续搅拌10min；缓慢向搅拌中的na2o改性硅酸钠无机胶黏剂加入定量的去离子水，加入完毕后搅拌15min；步骤二：按重量比取定量丙烯酸增稠剂rm～4456增稠剂，缓慢多次加入到上述搅拌液中，搅拌60min后，缓慢加入定量聚乙二醇200，搅拌15min后，缓慢加入定量炔二醇改性表面活性剂superwet～190，搅拌10min；步骤三：取定量消泡剂磷酸三丁酯缓慢加入上述搅拌液中，搅拌20min，取出配好的液料放置1h；将液料倒入带800目过滤网的抽滤设备中进行抽滤，抽滤过后的产品静置2h，进行喷墨测试。经实验测试，上述配方配置的墨水表面张力为27mn/m、在实验室25℃条件下测试粘度为18mpa.s、ph值为10，上机喷墨验证喷射效果良好经喷墨压验证喷射效果良好，喷孔全喷且直线性好，墨滴体积可以达到90pl，喷墨速度可以达到4.8m/s。与耐火材料混合后得到具有一定初始强度的产品，然后烧结成致密的模型用于浇铸产品，产品符合喷墨及打印成型的要求，该方案可行。表1粘合剂与耐火骨料配方及强度测试序号耐火骨料上述所配胶黏剂常温抗拉强度烧结后抗拉强度1600g30g(5％)0.293mpa2.245mpa2600g48g(8％)0.727mpa3.533mpa3600g60g(10％)0.922mpa3.735mpa4600g72g(12％)1.233mpa4.650mpa5600g90g(15％)3.208mpa4.855mpa6600g108g(18％)3.708mpa5.089mpa7600g120g(20％)3.982mpa5.128mpa备注：因项目为精密铸造，需要保证表面粗糙度，所以所用的耐火骨料目数较细，其表面面积较大，故达到一定强度需要更多的粘合剂，上述耐火骨料为325目锆英粉。实施例2(1)无机墨水配方(按重量份数计)：(2)制备方法：步骤一：按重量比取定量na2o改性硅酸钠无机胶黏剂置于配料罐中，开启搅拌器，搅拌转速为800r/min，持续搅拌10min；缓慢向搅拌中的na2o改性硅酸钠无机胶黏剂加入定量的去离子水，加入完毕后搅拌15min；步骤二：按重量比取定量丙烯酸增稠剂rm-4456增稠剂，缓慢多次加入到上述搅拌液中，搅拌60min后，缓慢加入定量甘油分散剂，搅拌15min后，缓慢加入定量炔二醇改性表面润湿剂d-502，搅拌10min；步骤三：取定量有机硅消泡剂rq-421缓慢加入上述搅拌液中，搅拌10min，取出配好的液料放置1h；将液料倒入带800目过滤网的抽滤设备中进行抽滤，抽滤过后的产品静置2h，进行喷墨测试。经实验测试，上述配方配置的墨水表面张力为29mn/m、在实验室25℃条件下测试粘度为16mpa.s、ph值为12，上机喷墨验证喷射效果良好，喷孔全喷且直线性好，墨滴体积可以达到80pl，喷墨速度可以达到4.5m/s。与耐火材料混合后得到具有一定初始强度的产品，然后烧结成致密的模型用于浇铸产品，产品符合喷墨及打印成型的要求，该方案可行。表2粘合剂与耐火骨料配方及强度测试序号耐火骨料上述所配胶黏剂常温抗拉强度烧结后抗拉强度1600g30g(5％)0.249mpa1.973mpa2600g48g(8％)1.088mpa2.597mpa3600g60g(10％)1.307mpa2.913mpa4600g72g(12％)1.821mpa2.856mpa5600g90g(15％)1.950mpa2.715mpa6600g108g(18％)2.546mpa3.022mpa7600g120g(20％)3.611mpa5.594mpa备注：因项目为精密铸造，需要保证表面粗糙度，所以所用的耐火骨料目数较细，其表面面积较大，故达到一定强度需要更多的粘合剂，上述耐火骨料为325目锆英粉。实施例3：(1)无机墨水配方(按重量份数计)：(2)制备方法：步骤一：按重量比取定量硅铝酸盐无机聚合物胶黏剂置于配料罐中，开启开启搅拌器，搅拌转速为900r/min，持续搅拌15min，缓慢向搅拌中的硅铝酸盐无机聚合物胶黏剂加入定量的去离子水，加入完毕后搅拌5min；步骤二：按重量比取无机水性纳米硅酸镁锂增稠剂，缓慢多次加入到上述搅拌液中，搅拌90min后，缓慢加入定量聚乙二醇400分散剂，搅拌20min后，缓慢加入定量聚醚表面活性剂剂xt-100，搅拌15min；步骤三：取定量硅醚消泡剂foamic021缓慢加入上述搅拌液中，搅拌10min，取出配好的液料放置1h；将液料倒入带800目过滤网的抽滤设备中进行抽滤，抽滤过后的产品静置2h，进行喷墨测试。经实验测试，上述配方配置的墨水表面张力为32mn/m、在实验室25℃条件下测试粘度为14mpa.s、ph值11，上机喷墨验证喷射效果良好，喷孔全喷且直线性好，墨滴体积可以达到85pl，喷墨速度可以达到3.8m/s。与耐火材料混合后得到具有一定初始强度的产品，然后烧结成致密的模型用于浇铸产品，产品符合喷墨及打印成型的要求，该方案可行。表3粘合剂与耐火骨料配方及强度测试序号耐火骨料上述所配胶黏剂常温抗拉强度烧结后抗拉强度1600g30g(5％)0.542mpa4.344mpa2600g48g(8％)0.920mpa4.286mpa3600g60g(10％)1.394mpa4.673mpa4600g72g(12％)1.878mpa7.824mpa5600g90g(15％)2.213mpa3.341mpa6600g108g(18％)2.780mpa3.791mpa7600g120g(20％)3.575mpa5.008mpa备注：因项目为精密铸造，需要保证表面粗糙度，所以所用的耐火骨料目数较细，其表面面积较大，故达到一定强度需要更多的粘合剂，上述耐火骨料为325目锆英粉。实施例4：(1)无机墨水配方(按重量份数计)：(2)制备方法：步骤一：按重量比取定量cuo改性磷酸铝无机胶黏剂置于配料罐中，开启搅拌器，搅拌转速为1200/min，持续搅拌10min；缓慢向搅拌中的cuo改性磷酸铝无机胶黏剂加入定量的去离子水，加入完毕后搅拌5min；步骤二：按重量比取定量羟乙基纤维素增稠剂，缓慢多次加入到上述搅拌液中，搅拌90min后，缓慢加入定量丙酮分散剂，搅拌20min后，缓慢加入定量聚醚表面活性剂pt-320，搅拌10min；步骤三：取定量聚醚消泡剂df999缓慢加入上述搅拌液中，搅拌10min，取出配好的液料放置1h；将液料倒入带800目过滤网的抽滤设备中进行抽滤，抽滤过后的产品静置2h，进行喷墨测试。经实验测试，上述配方配置的墨水表面张力为33mn/m、在实验室25℃条件下测试粘度为15mpa.s、ph值为9，上机喷墨验证喷射效果良好，喷孔全喷且直线性好，墨滴体积可以达到63pl，喷墨速度可以达到3.1m/s。与耐火材料混合后得到一定初始抗拉强度是产品，然后烧结成致密的模型用于浇铸，产品符合喷墨及打印成型的要求，该方案可行。表4粘合剂与耐火骨料配方及强度测试备注：因项目为精密铸造，需要保证表面粗糙度，所以所用的耐火骨料目数较细，其表面面积较大，故达到一定强度需要更多的粘合剂，上述耐火骨料为325目锆英粉。实施例5：(1)无机墨水配方(按重量份数计)：(2)制备方法：步骤一：按重量比取定量al2o3改性硅酸钠无机胶黏剂置于配料罐中，开启搅拌器，搅拌转速为1000r/min，持续搅拌10min；缓慢向搅拌中的al2o3改性硅酸钠无机胶黏剂加入定量的去离子水，加入完毕后搅拌5min；步骤二：按重量比取定量无机水性纳米硅酸镁铝增稠剂，缓慢多次加入到上述搅拌液中，搅拌90min后，缓慢加入定量聚乙二醇400分散剂，搅拌20min后，缓慢加入定量多支链醇改性表面活性剂ds-950，搅拌15min；步骤三：取定量硅醚消泡剂foamic024缓慢加入上述搅拌液中，搅拌10min，取出配好的液料放置2h；将液料倒入带800目过滤网的抽滤设备中进行抽滤，抽滤过后的产品静置2h，进行喷墨测试。经实验测试，上述配方配置的墨水表面张力为36mn/m、在实验室25℃条件下测试粘度为12mpa.s、ph值为10，上机喷墨验证喷射效果良好，喷孔全喷且直线性好，墨滴体积可以达到85pl，喷墨速度可以达到5.9m/s。与耐火材料混合后得到具有一定初始强度的产品，然后烧结成致密的模型用于浇铸产品，符合喷墨及打印成型的要求，该方案可行。表5粘合剂与耐火骨料配方及强度测试序号耐火骨料上述所配胶黏剂常温抗拉强度烧结后抗拉强度1600g30g(5％)0.111mpa0.882mpa2600g48g(8％)1.017mpa1.286mpa3600g60g(10％)1.187mpa1.404mpa4600g72g(12％)1.196mpa1.654mpa5600g90g(15％)1.243mpa1.742mpa6600g108g(18％)1.581mpa1.920mpa7600g120g(20％)1.727mpa2.076mpa备注：因项目为精密铸造，需要保证表面粗糙度，所以所用的耐火骨料目数较细，其表面面积较大，故达到一定强度需要更多的粘合剂，上述耐火骨料为325目锆英粉。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种用于精密铸造的无机单组份墨水，其特征在于，所述无机单组份墨水按质量份计算由以下组分组成，包括无机胶黏剂50～90份、去离子水5～50份、增稠剂0.01～5份、分散剂3～15份、表面活性剂0.01～1份和消泡剂0.005～0.1份。
2.根据权利要求1所述的用于精密铸造的无机单组份墨水，其特征在于，所述无机胶黏剂为改性磷酸盐、改性硅酸盐、铝溶胶、硼酸盐、硫酸盐、有机无机混合型以及金属氧化物的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的用于精密铸造的无机单组份墨水，其特征在于，所述增稠剂聚氨酯有机增稠剂、丙烯酸增稠剂、硫水改性非聚氨酯增稠剂、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺有机增稠剂、无机水性纳米硅酸镁铝以及无机水性纳米硅酸镁锂的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的用于精密铸造的无机单组份墨水，其特征在于，所述分散剂为聚乙二醇200、聚乙二醇400、甘油、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺以及脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的用于精密铸造的无机单组份墨水，其特征在于，所述表面活性剂为水溶性聚醚表面活性剂、自分散型聚醚表面活性剂、多支链醇改性表面活性剂、炔二醇改性表面润湿剂、多支链醇改性表面润湿剂以及炔二醇改性表面活性剂中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的用于精密铸造的无机单组份墨水，其特征在于，所述消泡剂为硅聚醚消泡剂、聚醚消泡剂、有机硅消泡剂、矿物油消泡剂、无硅消泡剂、磷酸三丁酯消泡剂以及酰胺类消泡剂的一种或几种。
7.一种用于制备如权利要求1至6中任一项所述的用于精密铸造的无机单组份墨水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：取定量无机胶黏剂，搅拌均匀后，缓慢向搅拌中的无机胶黏剂加入定量去离子水，搅拌5～15min；
步骤二：取定量增稠剂缓慢加入上述搅拌液中，搅拌30～120min后，缓慢加入定量分散剂，搅拌至液料混合均匀后，缓慢加入定量表面活性剂，并搅拌5～20min；
步骤三：取定量消泡剂缓慢加入上述搅拌液中，搅拌10～30min，取出液料静置；对液料进行抽滤处理并静置2h以上。
8.根据权利要求7所述的制备用于精密铸造的无机单组份墨水的方法，其特征在于，所述搅拌转速均为600～1200r/min。
9.根据权利要求7所述的制备用于精密铸造的无机单组份墨水的方法，其特征在于，所述步骤三中液料静置1～3h。
技术总结本发明涉及一种用于精密铸造的无机单组份墨水及其制备方法。所述无机单组份墨水由无机胶黏剂、去离子水、增稠剂、分散剂、表面活性剂和消泡剂组成；所述无机单组份墨水的制备方法包括下述步骤：步骤一：取定量无机胶黏剂，搅拌均匀后，缓慢向搅拌中的无机胶黏剂加入定量去离子水，搅拌5～15min；步骤二：取定量增稠剂缓慢加入上述搅拌液中，搅拌30～120min后，缓慢加入定量分散剂，搅拌至液料混合均匀后，缓慢加入定量表面活性剂，并搅拌5～20min；步骤三：取定量消泡剂缓慢加入上述搅拌液中，搅拌10～30min，取出液料静置；对液料进行抽滤处理并静置2h以上。本发明无机单组份墨水具有分散性良好、澄清透明、不易成膜、不团聚及喷墨效果良好等特性。
技术研发人员：严生辉;李天才;王敏;张勇
受保护的技术使用者：共享智能铸造产业创新中心有限公司
技术研发日：2020.02.26
技术公布日：2020.06.05
