CN105694791B - 一种石膏材料3d打印用光敏环氧树脂组合物的粘结剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石膏材料3D打印用的光敏环氧树脂组合物的粘结剂及其制备方法，其以环氧丙烯酸酯树脂作为粘结树脂，以安息香酸及其衍生物作为光引发剂，以异丁醇作为流动渗透促进剂，以紫外光源作为引发光源，制备一种石膏材料3DP打印的高效粘结剂。该方法有效改善了现有的石膏等无机材料使用普通3DP技术时存在的制品初始强度低，打印速度慢，后处理难度高等缺陷。该方法的应用可有效提高3D打印石膏制品的打印速度和初始强度，并避免了打印制品复杂的后处理工艺，从而大幅度提高3D打印产品的制作效率和成品质量，降低工艺复杂程度。

Description

一种石膏材料3D打印用光敏环氧树脂组合物的粘结剂及其制 备方法

技术领域

本发明涉及一种石膏材料3D打印用光敏环氧树脂组合物的粘结剂及其制备方法，属于3D打印技术领域。

背景技术

3D打印技术是一种以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将无机粉末、金属粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品的新兴技术。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、庞大的机床、众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。

近年来，3D打印因其独特的个性化设计，相对简单的生产工艺，快速便捷的制作手段，以及对原材料使用的相对节省等优势，在越来越多的领域得到了广泛的应用。

我国于90年代便开始了3D打印技术的研究，在设备方面已接近国际先进水平，但在3D打印材料的研发方面，由于前期重视程度不够，还处于相对落后的地位，包括石膏材料、金属材料在内的多数3D打印材料还必须依赖进口。

同其他3D打印材料相比，石膏材料具有容易着色，设备简单，打印速度快，后处理工艺方便等优点，已成为3D打印材料中用途最广泛、使用量最多的一类无机粉末打印材料。石膏材料主要被应用于制作各种工艺品、模具设计、模型制作以及建筑材料等多个领域。

当前，3D打印石膏材料大多采取3DP方式打印产品。粘结剂是3DP打印的材料的关键所在，但目前国内在该领域的实际应用还是空白。光固化技术作为一种洁净高效的固化技术，目前已广泛应用于光敏涂料等多个领域，但在3D打印中的应用只局限于Objetpolyjet等UV树脂的SLA打印成型技术。目前尚未被作为粘结剂应用于无机材料的3dp打印技术中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种石膏材料3D打印用光敏环氧树脂组合物的粘结剂，将光敏涂料技术引入3D打印材料领域。

本发明还要解决的技术问题是提供上述粘结剂的制备方法。

本发明最后要解决的技术问题是提供上述粘结剂的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种石膏材料3D打印用光敏环氧树脂组合物的粘结剂，它包括如下质量百分比的组分：

其中，所述的环氧丙烯酸酯树脂为市售常用环氧商品。

其中，所述的光引发剂为安息香酸或其衍生物，所述的衍生物为安息香酸的醚类衍生物，例如如安息香甲醚、安息香乙醚。

其中，所述的流动渗透促进剂为异丁醇。

其中，所述的水为去离子水。

上述石膏材料3D打印用光敏环氧树脂组合物的粘结剂的制备方法，将配放量的环氧丙烯酸酯树脂、光引发剂、流动渗透促进剂、打印颜料和水混合均匀即可。

上述石膏材料3D打印用光敏环氧树脂组合物的石膏材料3D打印用光敏环氧树脂组合物的粘结剂在3D打印中的应用也在本发明的保护范围之内。

具体的应用方法是，将粘结剂置于打印喷头中，以3DP技术进行打印，打印过程中使用的固化光源为紫外光源，打印完毕后将打印制品取出，置于粘结剂中浸泡15-60min(优选30min)，然后再置于紫外光源下再照射固化4-8小时(优选6h)即可。

本发明配方将光敏涂料技术引入3D打印材料领域，选择对石膏等无机材料具有应用范围广泛，粘结力最强，可应用洁净环保的紫外固化技术，且固化速度快、固化反应速度调节容易等优点的环氧树脂作为粘结剂。以光敏涂料常用的安息香酸及其衍生物光引发剂作为固化剂，并使用异丁醇作为流动渗透促进剂，实现粘结剂对石膏的快速渗透，提高打印成型速度。为满足环保需要，本品所选用的环氧树脂为水溶性的环氧丙烯酸酯树脂，所选用的溶剂为去离子水。

现有技术中，3DP工艺的彩色打印的粘结剂(也就是墨水)，是不需要光固化的，直接一层一层打印粘结成型。本发明因为在粘结剂里面加了光引发剂，在打印成型过程中，一层一层打印粘结外，同时使用紫外光进行照射固化。两者相比：1、粘结速度：前者成型件层与层之间粘结速度慢，3-5层/分钟，后者(本发明)成型件层与层之间的固化时间快，6-8层/分钟；2、后处理工艺：前者打印结束后，因初始强度低，故不能立即取出，必须在成型舱里放置1-2小时，然后取出后，需要再加固化剂进行快速固化，而后者(本发明)打印结束后即可取出，初始强度高；另外不需要再用其他固化剂，而只需要在本发明粘结剂中浸泡一下、取出、然后进行光固化即可。

有益效果：本发明相对于现有技术具有如下优势：

本发明工艺简单，操作容易，该配方具有粘结剂渗透速度快，定型时间短，制品强度高，环保无污染等优点。适合作为石膏材料3DP打印的粘结剂使用。该方法有效改善了现有的石膏等无机材料使用普通3DP技术时存在的制品初始强度低，打印速度慢，后处理难度高等缺陷。该方法的应用可有效提高3D打印石膏制品的打印速度和初始强度，并避免了打印制品复杂的后处理工艺，从而大幅度提高3D打印产品的制作效率和成品质量，降低工艺复杂程度。

附图说明

图1为纯石膏粉末红外谱图；

图2为经实施例1得到的粘结剂固化成型石膏制品红外谱图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1：

将环氧丙烯酸酯树脂30g，安息香甲醚3g，异丁醇12g，红色颜料0.5g，去离子水54.5g。打印前将上述原料混合均匀置于打印喷头中，以3dp技术进行打印，固化光源为紫外光源，打印完毕后将制品取出，置于上述混合溶液中再次浸泡30min，然后置于紫外光源下照射，固化6小时即可。该配方具有粘结剂渗透速度快，定型时间短，制品强度高，环保无污染等优点。适合作为石膏材料3DP打印的粘结剂使用。图1为纯石膏粉末红外谱图；图2为经实施例1得到的粘结剂固化成型石膏制品红外谱图。对比图1可以看出，图2中在2800cm^-1附近，可以明显看出丙烯酸酯固化后的特征吸收峰。说明固化反应已充分进行。该方案可行。

实施例2：

将环氧丙烯酸酯树脂30g，安息香甲醚3g，异丁醇12g，红色颜料0.5g，去离子水54.5g。打印前将上述原料混合均匀即可。打印方式同实施例1。

实施例3：

将环氧丙烯酸酯树脂25g，安息香乙醚3g，异丁醇10g，黄色颜料0.5g，去离子水61.5g。打印前将上述原料混合均匀即可。打印方式同实施例1。

实施例4：

将环氧丙烯酸酯树脂40g，安息香酸3.5g，异丁醇15g，去离子水41.5g。打印前将上述原料混合均匀即可。打印方式同实施例1。

实施例5：

将环氧丙烯酸酯树脂35g，安息香甲醚3g，异丁醇12g，红色颜料0.5g，去离子水49.5g。打印前将上述原料混合均匀即可。打印方式同实施例1。

实施例6：

将环氧丙烯酸酯树脂35g，安息香甲醚3g，异丁醇12g，去离子水50g。打印前将上述原料混合均匀即可。打印方式同实施例1。

实施例7：

将环氧丙烯酸酯树脂25g，安息香乙醚2g，异丁醇12g，去离子水61g。打印前将上述原料混合均匀即可。打印方式同实施例1。

实施例8：

将环氧丙烯酸酯树脂40g，安息香酸3.5g，异丁醇15g，红色颜料0.5g，去离子水41g。打印前将上述原料混合均匀即可。打印方式同实施例1。

Claims (7)

1.一种石膏材料3D打印用光敏环氧树脂组合物的粘结剂，其特征在于，它包括如下质量百分比的组分：

2.根据权利要求1所述的石膏材料3D打印用光敏环氧树脂组合物的粘结剂，其特征在于，所述的光引发剂为安息香酸或其衍生物。

3.根据权利要求1所述的石膏材料3D打印用光敏环氧树脂组合物的粘结剂，其特征在于，所述的流动渗透促进剂为异丁醇。

4.根据权利要求1所述的石膏材料3D打印用光敏环氧树脂组合物的粘结剂，其特征在于，所述的水为去离子水。

5.权利要求1所述的石膏材料3D打印用光敏环氧树脂组合物的粘结剂的制备方法，其特征在于，将配放量的环氧丙烯酸酯树脂、光引发剂、流动渗透促进剂、打印颜料和水混合均匀即可。

6.权利要求1所述的石膏材料3D打印用光敏环氧树脂组合物的石膏材料3D打印用光敏环氧树脂组合物的粘结剂在3D打印中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，将粘结剂置于打印喷头中，以3DP技术进行打印，打印过程中使用的固化光源为紫外光源，打印完毕后将打印制品取出，置于粘结剂中浸泡15-60min，然后再置于紫外光源下再照射固化4-8小时即可。