CN105753361B - 一种石膏材料3d打印用多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂及其制备方法 - Google Patents

一种石膏材料3d打印用多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石膏材料3DP工艺的多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂及其制备方法。其特征在于以多元醇丙烯酸酯类化合物作为聚合单体，以安息香酸及其衍生物作为光引发剂，以乙醇或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。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打印用多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂及其制 备方法
技术领域
本发明涉及一种石膏材料3D打印用多元醇丙烯酸酯类光敏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到物理实体的快速成型技术，它是基于软件分层离散和数控成型系统，利用现代CAD技术、智能控制技术、伺服驱动技术以及材料学，利用激光烧结、熔融沉积、叠层实体、三维打印等成型工艺将金属粉末、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，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成型材料相比，石膏材料具有容易着色，后处理工艺方便等优点，已成为3D彩色打印材料中使用量最多的一类无机粉末打印材料。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打印用多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂，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。
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打印用多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂，它包括如下质量百分比的组分：
其中，所述的多元醇丙烯酸酯类化合物为二乙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯或聚丙二醇二甲基丙烯酸酯。所述的多元醇丙烯酸酯类化合物皆为市售常规产品。
其中，所述的光引发剂为安息香酸及其衍生物，所述的衍生物为安息香酸的醚类衍生物，例如安息香甲醚、安息香乙醚。
其中，所述的流动渗透促进剂为乙醇或异丁醇。
其中，所述的水为去离子水。
上述石膏材料3D打印用多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂的制备方法，将配放量的多元醇丙烯酸酯类化合物、光引发剂、流动渗透促进剂、颜料和水混合均匀。
上述石膏材料3D打印用多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂在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，将石膏材料3D打印用多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂置于打印喷头中，以3DP技术进行打印，打印过程中的固化光源为紫外光源，打印完毕后将制品取出，置于石膏材料3D打印用多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂中再次浸泡15-60min(优选30min)，然后再置于紫外光源下照射固化4-12小时(优选8h)即可。
本发明选择对石膏等无机材料具有应用范围广泛，粘结力强，可应用洁净环保的紫外固化技术，单体迁移速度快，可以水作为溶剂的多元醇丙烯酸酯类作为固化单体。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，并使用乙醇和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：本发明与现有技术相比具有如下优势：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。本发明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：
将聚乙二醇二甲基丙烯酸酯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8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：
将聚乙二醇二甲基丙烯酸酯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。打印方法同实施例1。
实施例3：
将二乙二醇二丙烯酸酯25g，安息香乙醚3g，乙醇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。打印方法同实施例1。
实施例4：
将聚乙二醇二甲基丙烯酸酯40g，安息香酸3.5g，乙醇15g，去离子水41.5g。打印前将上述原料混合均匀即可。打印方法同实施例1。
实施例5：
将二乙二醇二丙烯酸酯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。打印方法同实施例1。
实施例6：
将三乙二醇二丙烯酸酯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。打印方法同实施例1。
实施例7：
将聚乙二醇二丙烯酸酯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。打印方法同实施例1。
实施例8：
将聚丙二醇二丙烯酸酯40g，安息香酸3.5g，乙醇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。打印方法同实施例1。
实施例9：
将聚丙二醇二甲基丙烯酸酯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。打印方法同实施例1。
实施例10：
将聚乙二醇二丙烯酸酯25g，安息香乙醚3g，乙醇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。打印方法同实施例1。
实施例11：
将二乙二醇二丙烯酸酯40g，安息香酸3.5g，乙醇15g，去离子水41.5g。打印前将上述原料混合均匀即可。打印方法同实施例1。
实施例12：
将三乙二醇二丙烯酸酯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。打印方法同实施例1。
实施例13：
将聚丙二醇二丙烯酸酯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。打印方法同实施例1。
实施例14：
将聚丙二醇二甲基丙烯酸酯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。打印方法同实施例1。
实施例15：
将聚乙二醇二甲基丙烯酸酯40g，安息香酸3.5g，乙醇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。打印方法同实施例1。

Claims (4)

1.一种多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂在3DP工艺中固化石膏材料的应用，其特征在于，所述多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂包括如下质量百分比的组分：
其中，所述的光引发剂为安息香酸及其衍生物；
将多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂置于打印喷头中，以3DP技术进行打印，打印过程中的固化光源为紫外光源，打印完毕后将制品取出，置于多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂中再次浸泡15-60min，然后再置于紫外光源下照射固化4-12小时即可。
2.根据权利要求1所述的多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂在3DP工艺中固化石膏材料的应用，其特征在于，所述的多元醇丙烯酸酯类化合物为二乙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯或聚丙二醇二甲基丙烯酸酯。
3.根据权利要求1所述的多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂在3DP工艺中固化石膏材料的应用，其特征在于，所述的流动渗透促进剂为乙醇或异丁醇。
4.根据权利要求1所述的多元醇丙烯酸酯类光敏粘结剂在3DP工艺中固化石膏材料的应用，其特征在于，所述的水为去离子水。
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