本發(fā)明涉及3d打印鑄造輔助材料領(lǐng)域，具體涉及一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
3d打印技術(shù)與機器人、互聯(lián)網(wǎng)一起被稱為第三次工業(yè)革命的主要標志。目前，已有部分工業(yè)級3d噴墨打印機應用于鑄造生產(chǎn)服務，主要用于鑄件的快速成型、翻制模具、打印模殼、砂芯等。目前德國、日本等發(fā)達國家已經(jīng)將3d噴墨打印技術(shù)廣泛應用于鑄造行業(yè)。而在國內(nèi)，3d打印技術(shù)正處于起步階段，尤其在鑄造行業(yè)，采用3d噴墨打印技術(shù)制造高端精密鑄件的企業(yè)寥寥無幾。隨著“中國制造2025”國家戰(zhàn)略的提出，整個中國鑄造業(yè)正在加速向著智能化、信息化、高效化的方向加速發(fā)展，通過3d噴墨打印技術(shù)實現(xiàn)增材制造的新一代鑄造方法越來越被國家關(guān)注和認可。對于擁有世界上最大規(guī)模鑄造業(yè)的中國來說，研究和發(fā)展鑄造3d噴墨打印技術(shù)及其配套使用的各種新型材料是非常有前景、有意義的。
目前國內(nèi)外鑄造企業(yè)普遍使用的鑄造3d噴墨打印用粘結(jié)劑為有機樹脂，如呋喃樹脂。有機樹脂粘結(jié)劑雖然具有優(yōu)異的性能，但其居高不下的成本、樹脂砂在使用過程中對環(huán)境的嚴重污染，及其在鑄件質(zhì)量控制方面的局限性等缺點，嚴重制約了有機樹脂粘結(jié)劑在鑄造3d噴墨打印領(lǐng)域的進一步發(fā)展。為了迎合高效、節(jié)能、環(huán)保的“綠色鑄造”理念，開發(fā)出性能與有機樹脂相當、環(huán)保無污染的鑄造3d噴墨打印用新型材料，已然成為了鑄造工作者們的共識。前蘇聯(lián)時期，鑄造工作者們曾經(jīng)試圖將磷酸基無機粘結(jié)劑應用于鑄造領(lǐng)域，但由于其只能通過加熱的方式進行硬化成型，生產(chǎn)效率低、成本高,導致其未能大面積推廣應用。同時由于鑄造3d噴墨打印技術(shù)要求粘結(jié)劑系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)常溫快速硬化，同時還要保證短時間內(nèi)的型砂強度增長。因此如何設計一種環(huán)保、能夠?qū)崿F(xiàn)常溫快速硬化和快速成型的3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用的材料成為本領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑及其制備方法，打印砂型的過程為：先將該粉末固化劑與原砂材料混合均勻，再將混合后的材料一層層鋪設在打印臺面上，打印頭按照電腦程序設計的三維模型向打印臺面噴射磷酸基粘結(jié)劑，該磷酸基粘結(jié)劑與粉末固化劑發(fā)生化學反應，使得砂型實現(xiàn)常溫快速硬化，快速成型，本發(fā)明成型為標準砂試塊，達到增材制造的目的。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：本發(fā)明提出了一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑，其特征在于，包括以下質(zhì)量百分比的組分：電熔氧化鎂26%-42%、輕質(zhì)氧化鎂16%-26%、氫氧化鎂7%-15%、氧化鋅11%-19%、氫氧化鋅6%-12%、氧化鈣5%-15%。
同時，本發(fā)明還提出了一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
步驟一：將電熔氧化鎂、輕質(zhì)氧化鎂、氫氧化鎂、氧化鋅、氫氧化鋅和氧化鈣用真空泵抽入混合機中，啟動攪拌，攪拌60min，制得3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑；
步驟二：對制得的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進行檢測；
步驟三：對檢測合格的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進行包裝。
進一步的，制備得到的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的可使用時間t的范圍為1min≤t≤2min。
本發(fā)明至少包括以下技術(shù)效果：
1）該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的可使用時間為1min≤t≤2min，加入了該粉末固化劑成型后的標準砂試塊在造型完成后10min左右便可脫模，同時可使用時間短、效率高、能夠?qū)崿F(xiàn)快速硬化，符合鑄造3d噴墨打印使用要求；
2）該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑加入量為30%（占粘結(jié)劑的比重）時，φ30mm*50mm的標準砂試塊24h常溫抗壓強度達到7mpa以上，粘結(jié)強度高，并且1000℃高溫后殘余抗壓強度低于0.5mpa，潰散性能優(yōu)異，鑄件后期清砂容易；
3）該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑與原砂材料之間不發(fā)生化學反應，長時間暴露在空氣中性能不發(fā)生變化，打印時未噴射到磷酸基粘結(jié)劑的混合物料（粉末固化劑與原砂材料）可循環(huán)使用，節(jié)省3d打印生產(chǎn)成本；
4）該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑在生產(chǎn)、使用過程中無有毒有害氣體產(chǎn)生，對人體無任何損害，綠色環(huán)保。
具體實施方式
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。總體而言，本發(fā)明提供了一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑及其制備方法，下面通過以下實施例來具體說明本發(fā)明的特點。
本發(fā)明提供了一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑，包括以下質(zhì)量百分比的組分：電熔氧化鎂26%-42%、輕質(zhì)氧化鎂16%-26%、氫氧化鎂7%-15%、氧化鋅11%-19%、氫氧化鋅6%-12%、氧化鈣5%-15%。
實施例1：一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑，包括質(zhì)量百分比的組分如下：電熔氧化鎂34%、輕質(zhì)氧化鎂21%、氫氧化鎂11%、氧化鋅15%、氫氧化鋅9%、氧化鈣10%。
本實施例的3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的制備方法為：
步驟一：將340kg電熔氧化鎂、210kg輕質(zhì)氧化鎂、110kg氫氧化鎂、150kg氧化鋅、90kg氫氧化鋅和100kg氧化鈣用真空泵抽入混合機中，啟動攪拌，攪拌60min，制得3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑；
步驟二：對制得的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進行檢測；
步驟三：對檢測合格的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進行包裝。
該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑加入量為30%（占粘結(jié)劑的比重）時，可使用時間t=1.2min，成型后的φ30mm*50mm的標準砂試塊24h常溫抗壓強度為7.85mpa，1000℃高溫后殘余抗壓強度為0.38mpa。
實施例2：一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑，包括質(zhì)量百分比的組分如下：電熔氧化鎂38%、輕質(zhì)氧化鎂20%、氫氧化鎂12%、氧化鋅13%、氫氧化鋅9%、氧化鈣8%。
本實施例的3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的制備方法為：
步驟一：將380kg電熔氧化鎂、200kg輕質(zhì)氧化鎂、120kg氫氧化鎂、130kg氧化鋅、90kg氫氧化鋅和80kg氧化鈣用真空泵抽入混合機中，啟動攪拌，攪拌60min，制得3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑；
步驟二：對制得的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進行檢測；
步驟三：對檢測合格的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進行包裝。
該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑加入量為30%（占粘結(jié)劑的比重）時，可使用時間t=1.4min，成型后的φ30mm*50mm的標準砂試塊24h常溫抗壓強度為7.63mpa，1000℃高溫后殘余抗壓強度為0.32mpa。
實施例3：一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑，包括質(zhì)量百分比的組分如下：電熔氧化鎂40%、輕質(zhì)氧化鎂24%、氫氧化鎂9%、氧化鋅12%、氫氧化鋅8%、氧化鈣7%。
本實施例的3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的制備方法為：
步驟一：將400kg電熔氧化鎂、240kg輕質(zhì)氧化鎂、90kg氫氧化鎂、120kg氧化鋅、80kg氫氧化鋅和70kg氧化鈣用真空泵抽入混合機中，啟動攪拌，攪拌60min，制得3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑；
步驟二：對制得的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進行檢測；
步驟三：對檢測合格的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進行包裝。
該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑加入量為30%（占粘結(jié)劑的比重）時，可使用時間t=1.5min，成型后的φ30mm*50mm的標準砂試塊24h常溫抗壓強度為7.88mpa，1000℃高溫后殘余抗壓強度為0.37mpa。
實施例4：一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑，包括質(zhì)量百分比的組分如下：電熔氧化鎂32%、輕質(zhì)氧化鎂22%、氫氧化鎂13%、氧化鋅16%、氫氧化鋅8%、氧化鈣9%。
本實施例的3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的制備方法為：
步驟一：將320kg電熔氧化鎂、220kg輕質(zhì)氧化鎂、130kg氫氧化鎂、160kg氧化鋅、80kg氫氧化鋅和90kg氧化鈣用真空泵抽入混合機中，啟動攪拌，攪拌60min，制得3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑；
步驟二：對制得的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進行檢測；
步驟三：對檢測合格的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進行包裝。
該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑加入量為30%（占粘結(jié)劑的比重）時，可使用時間t=1.6min，成型后的φ30mm*50mm的標準砂試塊24h常溫抗壓強度為7.45mpa，1000℃高溫后殘余抗壓強度為0.29mpa。
實施例5：一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑，包括質(zhì)量百分比的組分如下：電熔氧化鎂36%、輕質(zhì)氧化鎂23%、氫氧化鎂11%、氧化鋅16%、氫氧化鋅7%、氧化鈣7%。
本實施例的3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的制備方法為：
步驟一：將360kg電熔氧化鎂、230kg輕質(zhì)氧化鎂、110kg氫氧化鎂、160kg氧化鋅、70kg氫氧化鋅和70kg氧化鈣用真空泵抽入混合機中，啟動攪拌，攪拌60min，制得3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑；
步驟二：對制得的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進行檢測；
步驟三：對檢測合格的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進行包裝。
該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑加入量為30%（占粘結(jié)劑的比重）時，可使用時間t=1.7min，成型后的φ30mm*50mm的標準砂試塊24h常溫抗壓強度為7.91mpa，1000℃高溫后殘余抗壓強度為0.41mpa。
本發(fā)明至少包括以下技術(shù)效果：該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的可使用時間為1min≤t≤2min，加入了該粉末固化劑成型后的標準砂試塊在造型完成后10min左右便可脫模，同時可使用時間短、效率高、能夠?qū)崿F(xiàn)快速硬化，符合鑄造3d噴墨打印使用要求；該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑加入量為30%（占粘結(jié)劑的比重）時，φ30mm*50mm的標準砂試塊24h常溫抗壓強度達到7mpa以上，粘結(jié)強度高，并且1000℃高溫后殘余抗壓強度低于0.5mpa，潰散性能優(yōu)異，鑄件后期清砂容易；該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑與原砂材料之間不發(fā)生化學反應，長時間暴露在空氣中性能不發(fā)生變化，打印時未噴射到磷酸基粘結(jié)劑的混合物料（粉末固化劑與原砂材料）可循環(huán)使用，節(jié)省3d打印生產(chǎn)成本；該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑在生產(chǎn)、使用過程中無有毒有害氣體產(chǎn)生，對人體無任何損害，綠色環(huán)保。
盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型，同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本申請的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。