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3D打印陶瓷墨水的过程和原理

更新时间: 2019-11-28 10:49:35  查看次数: 288    

       根据牛顿层流模型,液体中在两层相互接触而速度不同的液体层之间,流速慢的液层会阻碍流速快的液层,引起这种阻碍作用的是相邻液层间的内摩擦力。粘度既为液体流动时所表现出来的内摩擦力的大小,粘度可以用来表征液体的流变性能。


       合适的粘度是保证喷墨打印流畅的重要因素之一。陶瓷墨水粘度较大,流动性变差,墨水内摩擦力偏大,流体对产生的压力波造成的粘度耗散越大,挤出墨滴获得的能量越小,因而墨滴喷射速度越小,墨滴无法准确打印在打印基板相应的点上,如果粘性损耗太大甚至会导致墨滴无法从喷头中喷出,即出现堵塞喷嘴的现象。较小的粘度有利于陶瓷墨水顺利地从喷嘴喷出。


       流变性的优劣能够间接地反映陶瓷墨水分散稳定性的好坏。陶瓷微料分散在溶剂中会产生碰撞、接触、聚集、合并,形成较大颗粒发生沉淀的倾向。为阻止颗粒相互间碰撞重新聚集,通常采用分散剂对陶瓷颗粒进行表面改性的方法来分散陶瓷墨水。影响陶瓷墨水流变性的因素很多,如陶瓷墨水的固相含量,墨水温度,pH,分散剂的种类及用量等。


       陶瓷墨水从喷头喷出,与打印基材碰撞后,需要完成从液态到固态转变过程,并能够逐层叠加形成三维物体。这是陶瓷成型墨水与装饰墨水的最大区别。目前陶瓷墨水的成型主要有两种方法:墨水相变和溶剂挥发。

       KittyA.M.Seerden等在研究氧化铝的喷墨打印时,将氧化铝粉分散在石蜡中,利用温度诱导石蜡相变的方法,成功打印出氧化铝陶瓷环。但是体系中石蜡含量过高造脱脂困难,坯体在烧结过程中容易出现裂纹和变形,导致制品成功率较低。B.Derb,Dou.Rui等在研究氧化锆的喷墨打印成型时,利用溶剂挥发的方法,研究了喷墨打印过程中墨滴从液态转变为固态的干燥过程,并对干燥成型过程当中出现的缺陷问题“咖啡环效应”作了重点研究。J.Ebert等在研究氧化锆喷墨打印成型的干燥问题时,主要采用两种方法控制溶剂的挥发。一是向墨水中加入挥发性添加剂;二是在打印机上添加干燥单元如高能聚光灯、风扇等,并升高打印基板的温度,以提高溶剂的挥发。



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