CN109535686A - 基于mjp技术3d打印蜡模支撑材料及其制备方法 - Google Patents

基于mjp技术3d打印蜡模支撑材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料及其制备方法，包括按照质量份数的如下原料：50份‑75份的蜡类物质、5份‑20份的高级脂肪醇、5份‑15份的增粘剂和5份‑15份的增韧剂。上述基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料，通过采用低成本原料，在蜡类物质的基础上加入高级脂肪醇、增粘剂和增韧剂并合理控制适宜的比例获得。该基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料具有韧性强、硬度高的性能，应用于MJP技术不会出现软塌、堵头的现象。此外，上述各原料溶于水、醇类和醇类聚合物的混合溶剂中，后期清洗去除不会损坏蜡模。

Description

基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及3D打印材料技术领域，特别是涉及一种基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料及其制备方法。
背景技术
3D打印，也称之为增材制造，是一种以数字模型文件(通常为STL或CAD文件)为基础，运用塑料、蜡、陶瓷和金属等材料，通过逐层堆叠实现物体构造的技术。近年来，随着科技的进步与发展，3D打印已经逐步渗入到珠宝铸造、齿科铸造和高端精密铸造等领域，为这些领域带来新的驱动与变化。与传统雕蜡、机加工蜡、压制胶膜起版蜡模等相比，3D打印蜡模具有减少加工时间、降低生产成本、灵活批量作业以及满足复杂零件蜡模制作等优点，弥补了传统工艺中蜡模制作的不足，为传统失蜡铸造工艺注入新的生命力。
目前，FDM、SLA、SLS和DLP等3D打印技术可以实现蜡模的打印，特别是运用SLA和DLP技术的打印机在铸造蜡模行业上得到广大商家的欢迎。近年来，美国3D systems公司开发的多喷嘴喷射技术(MJP)，特别运用此技术的Projet 2500w的打印机能够实现16μm层厚精度和888个喷头同时快速打印，具有FDM型、SLA型和DLP型打印机无法比拟的优势，因此具有极大的运用前景。但是，目前应用于多喷嘴喷射技术(MJP)的高性能的3D打印蜡模支撑材料十分稀少。
发明内容
基于此，有必要针对如何解决应用于多喷嘴喷射技术(MJP)的高性能的3D打印蜡模支撑材料稀少的问题，提供一种新型高性能的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料及其制备方法。
一种基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料，包括按照质量份数的如下原料：
上述基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料，通过采用低成本原料，在蜡类物质的基础上加入高级脂肪醇、增粘剂和增韧剂并合理控制适宜的比例获得。该基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料具有韧性强、硬度高的性能，应用于MJP技术不会出现软塌、堵头的现象。此外，上述各原料溶于水、醇类和醇类聚合物的混合溶剂中，后期清洗去除不会损坏蜡模。
在其中一个实施例中，所述蜡类物质选自聚乙二醇蜡、虫胶蜡、乳化蜡和水溶硅蜡中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述高级脂肪醇选自十四烷醇、十六烷醇、十八烷醇、二十烷醇和二十二烷醇中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述增粘剂选自松香多元醇酯树脂、水性松香树脂、水性聚氨酯、改性聚丁二烯树脂和醇酸树脂中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述增韧剂选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、醋酸酯淀粉、明胶、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素和硬脂酸中的至少一种。
在其中一个实施例中，基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料，包括按照质量份数的如下原料：
在其中一个实施例中，所述表面活性剂选自鲸蜡硬脂醇、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸单甘油酯、山梨坦单硬脂酸酯和聚山梨酯-80中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述抗氧化剂选自丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚、N-异丙基-N’-苯基对苯二胺和2,6-二叔丁基对甲酚中的至少一种。
一种基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料的制备方法，包括以下步骤：
按照质量份数，将50份-75份的蜡类物质和5份-20份的高级脂肪醇混合，均匀熔化后得到基础蜡液；
按照质量份数，将5份-15份的增粘剂和5份-15份的增韧剂加入到所述基础蜡液中，混合均匀之后得到蜡液；以及
将所述蜡液过滤并保留滤液，得到基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料。
上述基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料的制备方法，将合理比例的低成本原料混合熔化，简单快速的制备得到一种多喷嘴喷射技术(MJP)的3D打印蜡模支撑材料。该基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料具有韧性强、硬度高的性能，应用于MJP技术不会出现软塌、堵头的现象。此外，上述各原料溶于水、醇类和醇类聚合物的混合溶剂中，后期清洗去除不会损坏蜡模。
在其中一个实施例中，按照质量份数，将50份-75份的蜡类物质和5份-20份的高级脂肪醇混合，均匀熔化的操作中：维持混合温度为100℃-110℃；
所述混合均匀的操作为：采用搅拌的方式进行混合；其中，维持混合的温度为100℃-110℃，搅拌的速度为450-800r/min，搅拌的时间为1h-2h。
附图说明
图1为本发明一实施方式的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施方式的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料，包括按照质量份数的如下原料：
其中，蜡类物质作为基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料的基础原料，高级脂肪醇可以调节蜡模支撑材料的韧性和硬度，增粘剂用于增强3D打印蜡模支撑材料的刚性，增韧剂可以进一步增强蜡材的韧性。
优选地，蜡类物质选自聚乙二醇蜡、虫胶蜡、乳化蜡和水溶硅蜡中的至少一种。上述蜡类物质具有优异的溶解能力，溶于水、醇类和醇类聚合物的混合溶剂中，后期清洗去除不会损坏蜡模，且不容易出现堵头的现象。
优选地，高级脂肪醇选自十四烷醇、十六烷醇、十八烷醇、二十烷醇和二十二烷醇中的至少一种。上述高级脂肪醇可以调节基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料的刚韧性，避免出现软榻的现象，而且上述高级脂肪醇与水、醇类和醇类聚合物的混合溶剂互溶，后期清洗去除不会损坏蜡模。
优选地，增粘剂选自松香多元醇酯树脂、水性松香树脂、水性聚氨酯、改性聚丁二烯树脂和醇酸树脂中的至少一种。上述增粘剂用于调节3D打印蜡模支撑材料的粘度，加强打印时层与层之间的粘结力，防止打印的支撑结构由于粘结力不足而不能成型。
优选地，增韧剂选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、醋酸酯淀粉、明胶、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素和硬脂酸中的至少一种。上述增韧剂可以增加3D打印蜡模支撑材料的韧性，材质不容易脆裂，而且后期容易去除不影响蜡模。
在其中一实施方式中，基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料，包括按照质量份数的如下原料：
优选地，表面活性剂选自鲸蜡硬脂醇、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸单甘油酯、山梨坦单硬脂酸酯和聚山梨酯-80中的至少一种。上述种类的表面活性剂能使各原料稳定存在，防止其发生沉降，从而防止堵头现象的发生，同时表面活性剂容易热挥发，不会影响失蜡铸造的效果。
优选地，抗氧化剂选自丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚、N-异丙基-N’-苯基对苯二胺和2,6-二叔丁基对甲酚中的至少一种。加入上述种类的抗氧剂防止基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料的氧化，以及尽量避免高温环境对打印蜡模支撑材料的影响。
上述基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料，通过采用低成本原料，在蜡类物质的基础上加入高级脂肪醇、增粘剂和增韧剂并合理控制适宜的比例获得。该基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料具有韧性强、硬度高的性能，应用于MJP技术不会出现软塌、堵头的现象。此外，上述各原料溶于水、醇类和醇类聚合物的混合溶剂中，后期清洗去除不会损坏蜡模。
请参见图1，本发明一实施方式的一种基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料的制备方法，包括以下步骤：
S10、按照质量份数，将50份-75份的蜡类物质和5份-20份的高级脂肪醇混合，均匀熔化后得到基础蜡液。
优选地，按照质量份数，将50份-75份的蜡类物质和5份-20份的高级脂肪醇混合，均匀熔化的操作中：维持混合温度为100℃-110℃。由于上述原料未固体，维持混合温度为100℃-110℃，可以使原料更好的混合均匀。
S20、按照质量份数，将5份-15份的增粘剂和5份-15份的增韧剂加入到基础蜡液中，混合均匀之后得到蜡液。
优选地，混合均匀的操作为：采用搅拌的方式进行混合；其中，维持混合的温度为100℃-110℃，搅拌的速度为450-800r/min，搅拌的时间为1h-2h。
当原料还包括0.1份-1份的表面活性剂和0.1份-0.5份的抗氧化剂时，步骤S20替换为如下步骤：按照质量份数，将5份-15份的增粘剂、5份-15份的增韧剂、0.1份-1份的表面活性剂和0.1份-0.5份的抗氧化剂加入到基础蜡液中，混合均匀之后得到蜡液。
S30、将蜡液过滤并保留滤液，得到基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料。
其中，将蜡液过滤的操作为：将蜡液趁热通过5μm滤芯的抽滤瓶过滤。避免3D打印蜡模支撑材料在应用于MJP技术时不会出现堵头的现象。
上述基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料的制备方法，将合理比例的低成本原料混合熔化，简单快速的制备得到一种多喷嘴喷射技术(MJP)的3D打印蜡模支撑材料。该基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料具有韧性强、硬度高的性能，应用于MJP技术不会出现软塌、堵头的现象。此外，上述各原料溶于水、醇类和醇类聚合物的混合溶剂中，后期清洗去除不会损坏蜡模。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
以下实施例中涉及的原料均可从商业渠道获得。
实施例1
将72.4g聚乙二醇蜡和6.5g十六烷醇加入到反应釜中，控制温度为100℃，均匀熔化后得到基础蜡液。
将14.7g水性松香树脂、5.3g聚乙烯醇、1g聚山梨酯-80和0.1g丁基羟基茴香醚加入到上述基础蜡液中，控制温度为100℃，以450r/min的搅拌速度搅拌2h之后得到蜡液。
将上述蜡液通过5μm滤芯的抽滤瓶过滤，滤液装瓶得到基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料。
实施例2
将39.3g聚乙二醇蜡、9.8g水溶硅蜡和20g二十二烷醇按质量百分比加入到反应釜中，调节温度在100℃，均匀熔化后得到基础蜡液。
将10.3g松香多元醇酯树脂、4.5g醇酸树脂、9.4g聚丙烯酰胺、5.6g明胶、1g鲸蜡硬脂醇和0.1g 2,6-二叔丁基对甲酚加入到上述基础蜡液中，控制温度为110℃，以800r/min的搅拌速度搅拌1h之后得到蜡液。
将上述蜡液通过5μm滤芯的抽滤瓶过滤，滤液装瓶得到基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料。
实施例3
将53.9g聚乙二醇蜡、6.5g虫胶蜡和19.6g十八烷醇加入到反应釜中，控制温度为110℃，均匀熔化后得到基础蜡液。
将8.5g改性聚丁二烯树脂、10.9g羟乙基纤维素、0.1g山梨坦单硬脂酸酯和0.5gN-异丙基-N’-苯基对苯二胺加入到上述基础蜡液中，控制温度为110℃，以600r/min的搅拌速度搅拌1.5h之后得到蜡液。
将上述蜡液通过5μm滤芯的抽滤瓶过滤，滤液装瓶得到基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料。
实施例4
将60.3g聚乙二醇蜡、7.7g乳化蜡和11.4g二十烷醇加入到反应釜中，控制温度为110℃，均匀熔化后得到基础蜡液。
将5.2g水性聚氨酯、9.4g聚乙烯吡咯烷酮、5.2g羟甲基纤维素、0.5g十二烷基苯磺酸钠和0.3g叔丁基对苯二酚加入到上述基础蜡液中，控制温度为110℃，以750r/min的搅拌速度搅拌1h之后得到蜡液。
将上述蜡液通过5μm滤芯的抽滤瓶过滤，滤液装瓶得到基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料。
对比例1
对比例1的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料的制备方法，其步骤同实施例1，区别在于：将聚乙二醇蜡换成56#石蜡。
对比例2
对比例2的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料的制备方法，其步骤同实施例1，区别在于：未添加十六烷醇。
对比例3
对比例3的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料的制备方法，其步骤同实施例1，区别在于：未添加水性松香树脂。
对比例4
对比例4的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料的制备方法，其步骤同实施例1，区别在于：未添加聚乙烯醇。
将以上实施例1-4得到的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料和对比例1-4得到的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料应用于多喷嘴喷射技术(MJP)进行性能测试，具体检测参数如表1所示。
表1实施例1-4与对比例1-4的性能对比
从表1可以看出，实施例1-4得到的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料在打印过程中没有出现软榻和堵头的现象，而且易溶于醇水混合溶剂中，后期清洗去除对成型蜡模没有损伤。
通过将实施例1与对比例1对比可知，当将聚乙二醇蜡换成56#石蜡时，得到的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料，不能溶于醇水混合溶剂中，后期清洗去除对成型蜡模有损伤。上述结果表明，聚乙二醇蜡具有优异的溶解能力，溶于水、醇类和醇类聚合物的混合溶剂中，后期清洗去除不会损坏蜡模，且不会出现堵头的现象。
通过将实施例1与对比例2对比可知，当基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料中未添加高级脂肪醇——十六烷醇时，得到的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料出现软榻的现象。上述结果表明，高级脂肪醇——十六烷醇可以调节基于MJP技术3D打印支撑材料的刚韧性，避免出现软榻的现象。
通过将实施例1与对比例3对比可知，当基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料中未添加增粘剂——水性松香树脂时，得到的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料出现软榻的现象。上述结果表明，增粘剂——水性松香树脂可以调节基于MJP技术3D打印支撑材料的刚韧性，避免出现软榻的现象。
通过将实施例1与对比例4对比可知，当基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料中未添加增韧剂——聚乙烯醇时，得到的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料出现软榻的现象。上述结果表明，增韧剂——聚乙烯醇能够增强基于MJP技术3D打印支撑材料的韧性，避免出现软榻的现象。
由此说明，本发明的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料具有优异的性能。需要说明的是，本发明其它可任意组合的实施例的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料同样具有相近的性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料，其特征在于，包括按照质量份数的如下原料：
2.根据权利要求1所述的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料，其特征在于，所述蜡类物质选自聚乙二醇蜡、虫胶蜡、乳化蜡和水溶硅蜡中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料，其特征在于，所述高级脂肪醇选自十四烷醇、十六烷醇、十八烷醇、二十烷醇和二十二烷醇中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料，其特征在于，所述增粘剂选自松香多元醇酯树脂、水性松香树脂、水性聚氨酯、改性聚丁二烯树脂和醇酸树脂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料，其特征在于，所述增韧剂选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、醋酸酯淀粉、明胶、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素和硬脂酸中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料，其特征在于，包括按照质量份数的如下原料：
7.根据权利要求6所述的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料，其特征在于，所述表面活性剂选自鲸蜡硬脂醇、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸单甘油酯、山梨坦单硬脂酸酯和聚山梨酯-80中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料，其特征在于，所述抗氧化剂选自丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚、N-异丙基-N’-苯基对苯二胺和2,6-二叔丁基对甲酚中的至少一种。
9.一种基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照质量份数，将50份-75份的蜡类物质和5份-20份的高级脂肪醇混合，均匀熔化后得到基础蜡液；
按照质量份数，将5份-15份的增粘剂和5份-15份的增韧剂加入到所述基础蜡液中，混合均匀之后得到蜡液；以及
将所述蜡液过滤并保留滤液，得到基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料。
10.根据权利要求9所述的基于MJP技术3D打印蜡模支撑材料的制备方法，其特征在于，按照质量份数，将50份-75份的蜡类物质和5份-20份的高级脂肪醇混合，均匀熔化的操作中：维持混合温度为100℃-110℃；
所述混合均匀的操作为：采用搅拌的方式进行混合；其中，维持混合的温度为100℃-110℃，搅拌的速度为450-800r/min，搅拌的时间为1h-2h。
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