CN106905552A - 一种利用微球给3d打印产品着色的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用微球给3D打印产品着色的方法,包括步骤:(1)将聚苯乙烯(PS)微球、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)微球、二氧化硅(SiO2)微球、由聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲脂为基体修饰的微球分散于水中,并加入水性粘合剂,形成微球的水分散液;(2)将微球的水分散液雾化成雾气,并将需要被染色的基底置于所述雾气中雾化;(3)将雾化后的3D打印产品在40‑60℃下干燥,3D打印产品上形成结构色涂层。本发明的方法成本低廉,简便易行,在对3D打印成品进行着色等领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种给3D打印产品着色的方法,尤其涉及一种利用微球给3D打印产品着色的方法。
背景技术
3D打印技术是一种快速成型技术,它是一种以三维数字模型或其他电子数据为基础,运用粉末状金属或高分子化合物等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造三维产品的技术。3D打印技术能够将规模化大生产演变为若干个体,抛弃传统机床、模型模具,打破集约化生产的传统模式。目前,3D打印技术在服装、汽车、飞机、建筑、电动汽车与发电机、武器、医药(医疗器械,生物打印)、电脑和机器人,以及太空等工业领域都实现了批量应用,同时也展现出了巨大的发展潜力和前景。
3D打印根据材料与打印方法可以分为多个类型,如根据打印机类型可以分为熔融挤压型、金属线路型、颗粒型、粉末喷墨针头型、层积型和光聚合型。目前实现彩色3D打印的方法主要是在原料或者打印机上面下功夫,即通过在挤出型打印原料高聚物里面添加有色颜料,或者是在打印机中添加后续的实现染色的功能部件。实现3D打印成品彩色化对于拓展其应用空间和加快3D打印产业化具有重要的意义。
结构色是一种物理生色机制,是通过光与微观结构发生干涉、衍射、散射等一系列相互作用而形成颜色的现象。不同于染料、颜料等色素发色机制,结构色只要微观结构不被破坏,就能保持永不褪色。同时,它避免了化学染色带来的环境污染,在印染、化妆品、显示材料等领域具有广阔的应用前景。
现有3D打印的成品大多颜色单一,而且能够实现在原料中添加颜料的打印方法很少,目前使用较多的是在热融堆积成型法中使用一些预着色的高聚物。对于一些其他方法如光固化3D打印,原料颜色非常单一,颜料的添加有可能会破坏3D打印的光固化过程,造成最终产品的结构不稳定或缺陷。这些不易实现打印、着色一步到位的材料或技术就需要后续的着色工艺。为此,找到一种简便快速的着色方法对于实现3D打印材料染色具有重要意义。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的在于克服现有技术存在的不足,提供了一种雾化微球分散液给3D打印产品着色的方法。
本发明的一种利用微球给3D打印产品着色的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将聚苯乙烯(PS)微球、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)微球、二氧化硅(SiO2)微球、由聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲脂为基体修饰的微球分散于水中,并加入水性粘合剂,形成一定浓度的微球的水分散液,浓度没有特定要求,优选微球浓度为2-10%。
(2)通过超声式或压缩空气式雾化器将微球的水分散液雾化成雾气,并将待染色的3D打印产品置于所述雾气中雾化,雾化时间可调。
(3)为避免3D打印产品表面有大量水汽冷凝,每隔3-5min将其放在40-60℃的烘箱中烘干雾化后的3D打印产品,重复几次,即可在3D打印产品表面形成结构色涂层,如果颜色较淡,可以再次雾化,可以根据需要反复雾化、烘干若干次,以达到比较好的效果。
进一步的,步骤(1)中,所述微球直径为100-400nm。
进一步的,步骤(1)中,所述基体修饰为接枝、共聚和羟基化中的一种或几种。
进一步的,步骤(1)中,所述水性粘合剂为聚乙烯醇(PVA)、明胶、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚丙烯酸酯(PA)中的一种或几种。
进一步的,步骤(1)中,所述水性粘合剂占微球质量的2-20%。
进一步的,步骤(2)中,雾化时间10-40min。
借由上述方案,本发明至少具有以下优点:
本发明提出一种直接雾化胶体微球水分散液的方法,使纳米微球能够均匀分散到3D打印产品表面形成短程有序,长程无序的结构,呈现出鲜艳的颜色。这种方法快速而高效,不需要平整的基底,而可以在任意不规则表面上快速堆积,可以对暴露在蒸汽中的所有面实现同步着色。通过在胶体微球中添加PVA等粘合剂可以保证纳米微球的涂层保持较好的机械强度。同时该方法成本低廉,简便易行,在对3D打印成品进行着色等领域具有广阔的应用前景。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的实施例1中使用SiO2微球水分散液给3D打印产品染色流程示意图,以及未染色的3D打印产品图(左下角);
图2是本发明的实施例中所用的SiO2微球的SEM照片图,尺寸分别为212nm(a,实施例2)、262nm(b,实施例1)、308nm(c,实施例3);
图3是本发明的实施例1中使用SiO2微球给3D打印树脂玩具基底进行染色后的光学照片图;图3a为整体图,图3b、3c、3d分别为局部细节放大图;
图4是本发明的实施例2(图4a)、3(图4b)中使用SiO2微球给3D打印树脂玩具基底进行染色后的光学照片图。
图5是本发明的实施例4中使用PS微球(图a)给3D打印树脂玩具基底进行染色后的光学照片图(图b)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例1
利用SiO2微球给3D打印产品染色,包括以下步骤:
制备10ml质量分数为2.5%的直径为212nm的SiO2微球的水分散液,加入质量分数为4%(占SiO2微球的质量)的聚乙烯醇,装入普通超声雾化器,以光固化树脂3D打印形成的玩具为基底,放置于雾化的气体中,然后每隔3-5min放置于60℃烘箱中烘干,重复几次,总雾化时长为30min,最终得到蓝色结构色涂层,如图1所示的示意图。如图2a所示,为本实施例中所用的SiO2微球的SEM照片;图3a是本发明实施例得到的3D打印树脂玩具基底进行二氧化硅微球沉积结构色涂层后的光学照片,图3b、3c、3d分别为局部细节放大图,可以看到形成的结构色涂层均匀包覆在所有面上,也即是进行了较好的染色。
实施例2
利用SiO2微球(如图2b所示)给3D打印产品染色,包括以下步骤:
制备10ml质量分数为2.5%的直径为262nm的SiO2微球水分散液,加入质量分数为4%(占SiO2微球的质量)的聚乙烯醇,装入普通超声雾化器,以光固化树脂3D打印形成的玩具为基底,放置于雾化的气体中,然后每隔3-5min放置于60℃烘箱中烘干,重复几次,总雾化时长为30min,最终得到橙红色结构色涂层。
实施例3
利用SiO2微球(如图2c所示)给3D打印产品染色,包括以下步骤:
制备10ml质量分数为2.5%的直径为308nm的SiO2微球水分散液,加入质量分数为4%(占SiO2微球的质量)的聚乙烯醇,装入普通超声雾化器,以光固化树脂3D打印形成的玩具为基底,放置于雾化的气体中,然后每隔3-5min放置于60℃烘箱中烘干,重复几次,总雾化时长为30min,最终得到蓝紫色结构色涂层。
图4是施例2(图4a)和实施例3(图4b)用不同尺寸二氧化硅微球分散液给3D打印树脂玩具进行进行染色后的照片,262nm和308nm二氧化硅微球分别得到橙红色(a)和蓝紫色(b)的样品,表明通过控制微球尺寸,可以进行任意颜色的染色。
实施例4
利用PS微球(如图5a所示)给3D打印产品染色,包括以下步骤:
制备10ml质量分数为5%的直径为160nm的PS微球水分散液,加入质量分数为4%(占PS微球的质量)的聚丙烯酸酯(PA),装入普通超声雾化器,以光固化树脂3D打印形成的玩具为基底,放置于雾化的气体中,然后每隔3-5min放置于60℃烘箱中烘干,重复几次,总雾化时长为30min,最终得到如图5b所示的淡青色结构色涂层。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种利用微球给3D打印产品着色的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲脂微球、二氧化硅微球、由聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲脂为基体修饰的微球分散于水中,并加入水性粘合剂,形成微球的水分散液;
(2)将微球的水分散液雾化成雾气,并将待染色的3D打印产品置于所述雾气中雾化;
(3)在40-60℃下干燥雾化后的3D打印产品,在所述3D打印产品的表面形成结构色涂层。
2.根据权利要求1所述的利用微球给3D打印产品着色的方法,其特征在于:步骤(1)中,所述微球直径为100-400nm。
3.根据权利要求1所述的利用微球给3D打印产品着色的方法,其特征在于:步骤(1)中,所述修饰为接枝、共聚和羟基化中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的利用微球给3D打印产品着色的方法,其特征在于:步骤(1)中,所述水性粘合剂为聚乙烯醇、明胶、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酸酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的利用微球给3D打印产品着色的方法,其特征在于:步骤(1)中,所述水性粘合剂占微球质量的2-20%。
6.根据权利要求1所述的利用微球给3D打印产品着色的方法,其特征在于:步骤(2)中,雾化时间10-40min。
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