摘 要

3D打印技术的优异特性，让其在21世纪焕发出勃勃生机。在3D打印材料中，石膏以其价格低廉，安全环保，无毒无害并且作为唯一一种可以全彩打印的材料，在3D打印模型制备领域有着重要的地位。但石膏3D打印也存在着很多问题，特别是在强度与成型精度方面还有很大的改善空间。

为了进一步提升3D打印制件的尺寸精度和表面精度，本文以ComeTrueT10全彩3D打印机为实验平台，设计石膏基复合粉末，选取α型半水石膏作为成型材料的主体部分，添加球形硅微粉作为填料改善粉末流动性；添加聚乙烯醇作为粘结剂，合理设计颗粒级配来降低粉末孔隙率，提高打印制件的密度，设计打印精度板作为评价指标并结合其他表征手段对不同配方进行分析，最终得到了最优的复合粉末配方为：PVA10.9%，160目石膏粉26.38%，200目石膏粉32.83%，250目石膏粉29.06%，球形硅微粉0.83%（质量百分比）。制得的样品具有优良的表面精度与尺寸精度，强度适中，打印过程流畅。

关键词：3D打印 α型半水石膏 颗粒级配 打印精度

Preparation of High Precision 3D Printing Gypsum Material

Abstract

The excellent characteristics of 3D printing technology make it glow vigorously in the 21st century. Among the 3D printing materials, gypsum plays an important role in the field of 3D printing model preparation because of its low price, safety, environmental protection, non-toxicity and harmlessness. However, there are still many problems in 3D printing of gypsum, especially in terms of strength and forming accuracy, there is still a lot of room for improvement.

In order to further improve the dimensional accuracy and surface accuracy of 3D printing parts, this paper takes ComeTrueT10 full-color 3D printer as the experimental platform, designs gypsum-based composite powder, chooses alpha-hemihydrate gypsum as the main part of forming materials, adds spherical silicon powder as filler to improve powder fluidity, adds polyvinyl alcohol as binder, and reasonably designs particle gradation to reduce powder hole. The optimum formula of composite powder is PVA10.9%, 160 mesh gypsum powder 26.38%, 200 mesh gypsum powder 32.83%, 250 mesh gypsum powder 29.06%, spherical silica powder 0.83%. The sample has excellent surface and dimension accuracy, moderate strength and smooth printing process.

Keywords: 3D printing Alpha hemihydrate gypsum Particle gradation Printing accuracy

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1前言 1

1.2 3D打印技术 1

1.2.1 发展 1

1.2.2 工艺分类 2

1.2.3 石膏3D打印设备 2

1.2.4 打印头喷墨系统及原理 2

1.3 3D打印材料 3

1.4 本课题的研究意义和主要研究内容 4

第二章 实验材料与测试方法 5

2.1 实验材料 5

2.2实验仪器 5

2.3 测试方法 6

2.3.1粉末孔隙率的测定 6

2.3.2精度的测试 7

2.3.3抗压强度的测定 9

2.3.4粒径的测定 9

2.3.5 SEM测试 9

2.3.6粉末流动性测定 9

第三章 石膏基成型粉末研究 10

3.1实验方法 11

3.1.1颗粒级配优化 11

3.1.2 聚乙烯醇对打印试样精度影响 13

3.1.3球形硅微粉对打印试样的影响 14

3.2 结果与讨论 14

3.2.1确定合理颗粒级配 14

3.2.2确定聚乙烯醇最适百分含量 16

3.2.3确定球硅最适百分含量 24

29

3.3 本章小结 31

第四章 粉末配方与打印工艺的优化 32

4.1 实验部分 32

4.2 结果与分析 33

4.2.1 添加纤维素 33

4.2.2 改变打印参数 36

4.3 本章小结 39

第五章 结论与展望 40

5.1 结论 40

5.2 展望 40

参考文献 42

第一章 绪论

1.1前言

3D打印，又称“增材制造”，起源于美国的快速成型技术（rapid prototyping），是通过逐层打印的方式叠加材料，最终形成产品，制作加工过程快速并且节约材料^[1]。3D打印技术发展至今，已经成为有机结合机电控制、数字建模、激光技术和材料科学等多领域的前沿技术，被英国的《经济学人》预言将会掀起第三次工业革命的浪潮^[2]。

目前3D打印技术已经应用到航天工程、海洋工程、建筑工程、生物医疗、模具制造、艺术创意等诸多领域，并正在逐步替代这些领域原本的加工工艺^[3]。3D打印的不断发展对于工业设计行业有着很大的革新^[4]。最重要的是，3D打印颠覆了传统加工模式，可以实现个性化制造，理论上可以打印出任意造型、任意复杂度的三维实体^[5-6]。在21世纪，随着科学技术的进一步革新，3D打印技术会创造出无限可能。

1.2 3D打印技术

1.2.1 发展

从1986年，Charles W.Hull成立的第一家3D打印设备公司（3D Systems）开始，3D打印技术及其相关领域如雨后春笋般争相冒出头颅。1989年~1998年间，选择性激光烧结技术（SLS）、分层实体制造技术（LOM）、LENS激光烧结技术相继问世；2001年，初代桌面级3D打印机的出现更推动了3D打印面向市场；2005年在美国ZCorp公司诞生了第一台高精度彩色3D打印机；2012年3D打印联盟的建立标志着中国正式步入3D打印领域；2015年3月，美国Carbon3D公司发明了连续液态界面制造技术（CLIP），再一次革新了3D打印技术^[7-8]，至此3D打印技术的发展已经日趋成熟。

1.2.2 工艺分类

3D打印技术在这几十年的发展过程中演变出越来越多的类别，如多应用于金属材料、高分子材料3D打印的选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)、选择性激光熔化（Stereo Light Microscope，SLM）和熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling，简称 FDM)，它们主要通过高能激光照射材料使其熔融软化再烧结成固定形状；有常用于胶凝材料3D打印的立体喷墨打印技术（Three Dimension Printing,3DP）；有将原材料作为液相的技术如：数字光投影打印技术（Digital Light Procession，DLP）、立体光固化成型技术（Stereo litho graphy，SLA）等等^[9-12]。

本实验采用的是石膏3DP打印技术。3DP成型工艺起源于美国麻省理工学院，最早的3DP成型陶瓷坯体出现在1993年，它是利用微液滴喷射技术，在计算机控制下将粘结剂喷射在需要成型的位置形成薄层，逐层粘接固化获得三维实体。这种工艺优势在于无需支撑结构且操作便捷，成本低廉^[13]。

1.2.3 石膏3D打印设备

本实验采用的是ComeTrue 全彩 3D 打印机机器，它是结合自有喷墨打印技术与快速成型技术所推出的喷墨式 3D 打印机，可快速产生立体形状实物的机器，其动作有如使用立体实物的印刷技术。使用的材料为石膏基复合粉末及黏着剂，是利用胶与粉末的胶合来产生实体。机器左边为供粉槽，右边为建构槽，打印时供粉槽向上升起一定距离，滚轴向右移动完成一次铺粉，铺粉完成后建构槽相应下降一定距离式，铺粉方式为为层迭法，先铺一层粉末，然后在特定位置喷上胶水，重复铺粉及喷胶动作直至实体成型。该机器设定的单层厚度是0.08mm，工作时计算机会按照0.08mm的厚度将导入电脑的模型进行分层，开始打印时每层铺粉的厚度便是0.08mm。

1.2.4 打印头喷墨系统及原理

喷墨技术目前已是成熟的打印技术并广泛应用于打印产业，其按需供给(Drop on Demand)及高精确度的特性替打印产业带来许多的便利性，而墨水与媒材的多元性则进一步展现出喷墨技术的潜在优势，一般来说，主要分为两种印刷喷墨系统，连续喷墨打印（CIJ）和点阵式喷墨打印（DOD）^[14]。此外，因喷墨技术使用非接触式打印，故相对容易应用在轻薄且易碎的媒材上。

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：