CN110964154A - 一种间接3d打印辅助成型用光敏树脂材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种间接3d打印辅助成型用光敏树脂材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于3D打印光固化聚合物预聚体领域，公开了一种间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料及其制备方法和应用。该材料包括以下质量份数的组分：水溶性树脂30份～40份；水4份～12份；活性单体6份～8份；活性稀释剂40份～57份；光引发剂0.6份～0.7份；交联剂0.003份～0.004份；消泡剂0.05份～0.11份；流平剂0.05份～0.09份。本发明所提供一种间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料可应用于间接制备高致密性、大尺寸陶瓷构件。

Description

一种间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于3D打印光固化聚合物预聚体领域，特别涉及一种间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料及其制备方法和应用。
背景技术
陶瓷材料具有高熔点、高强度、高硬度、耐腐蚀等优异的性能，广泛应用于汽车、建筑、医疗、日用品等行业。将3D打印技术应用于陶瓷材料的成型领域可以大幅度的节省陶瓷模具的开发时间，同时可以实现高度复杂的构件的成型，突破传统陶瓷加工工艺对复杂工艺形状的限制。目前陶瓷直接3D打印的技术主要有陶瓷浆料喷墨打印技术、熔化沉积成型技术、激光选区烧结以及光固化快速成型技术等。喷墨打印容易堵塞打印头，受限于墨水液滴的特殊形式很难打印较大的构件，且不能打印内部多孔结构的模型；熔化沉积成型技术可以打印各种复杂的陶瓷构件，但打印完成后需要经过切割抛光等繁杂工序才能得到最终的产品；激光选区烧结技术在无支撑的情况下即可打印出复杂的陶瓷构件，可惜因受到粘结剂铺设密度的限制，导致构件成品密度不均；光固化快速成型技术可以打印成型精度极高、复杂度极高的构件，烧结得到的陶瓷构件致密性好，性能优异。目前采用LCD或者DLP的方法来直接打光固化印陶瓷浆料的普遍存在陶瓷浆料易沉降的问题，因为陶瓷粉体的比重较大，要使陶瓷粉体在光敏树脂中稳定悬浮的困难很大(直接陶瓷打印的陶瓷浆料的组成为：陶瓷粉体、光敏树脂，且混合后的浆料粘度要低能够呈流动状态，这直接限制了浆料的固含量)。因此如何配制出高固含量、低粘度、不易沉降的陶瓷浆料是此技术的关键所在。
发明内容
为克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料。
本发明的另一目的在于提供一种上述间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料在间接3D打印制备高致密性、大尺寸陶瓷构件上的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料，由包含以下质量份的组分组成：
Figure BDA0002276694750000021
所述的水溶性树脂为水溶性二官能度聚氨酯丙烯酸酯、改性聚氨酯丙烯酸酯、全固含水性聚氨酯丙烯酸酯和50％固含水性聚氨酯丙烯酸酯中的一种或几种；
所述的活性单体为丙烯酰胺、顺丁烯二酸酐和2-丙烯酰胺-2-甲基磺酸钠中的一种或者多种；
所述的活性稀释剂为聚乙二醇二丙烯酸酯D400、聚乙二醇二丙烯酸酯D200、丙烯酸吗啉、甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟乙酯中的一种或多种；
所述的光引发剂为Irgacure184D、Darocur1173D和Omnirad TPO-L中的一种或几种；
所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；
所述的消泡剂为BYK-320、BYK-006N和D-foam-RC 331中的至少一种，优选为BYK-320。
所述的流平剂为Glide450和flow370中的一种或两种。
一种上述间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料的制备方法，包括以下步骤：
将水性树脂、水、活性单体、活性稀释剂搅拌至体系均匀，然后依次加入交联剂、光引发剂、流平剂、消泡剂继续搅拌均匀，静置后即可得到一种间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料。
所述搅拌均匀优选为在45℃～50℃下进行；所述静置时间为30min～60min。
上述一种间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料在间接3D打印制备高致密性、大尺寸陶瓷构件上的应用。
一种所述间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料固定成型的方法，具体为采用配备有385～405nm紫外光源的LCD型3D打印机即可将上述间接3D打印用光固化水分散型树脂材料固化成型。
本发明中所述室温或未指明实验温度的均为15～35℃。
本发明所得树脂材料是一种可紫外固化的水分散型树脂，采用此种树脂来打印模具，模具表面光滑，能够实现高度复杂的内部空腔结构的打印，而且产品成型后去除模具的方法简单，非常适用于前期产品开发时的模具测试。避免了陶瓷浆料直接打印的方式，采用了间接成型的方法，因此可以将陶瓷浆料的固含量大幅度提升，基本不受粘度的控制，也就不会出现沉降的问题。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
在进行间接3D打印时，可先用本发明所得光固化水分散型树脂材料打印出水分散型树脂模具，然后采用灌浆的方式在水分散型树脂模具中灌入配置好的陶瓷浆料，待陶瓷浆料固化后将模具置于水中，模具即可在水中自行分散，在确保了构件成型精度的同时有效的避免了高固含陶瓷浆料在打印槽中容易发生沉降的问题，也能够比较便利的实现大尺寸构件的间接打印。
附图说明
图1为实施例1中配方1所得3D打印辅助成型用光敏树脂材料制得的模具。
图2为实施例1中配方1所得3D打印辅助成型用光敏树脂材料制得的模具在水中的分散图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。
实施例1
按如下表1所示的配方1、配方2、配方3和配方4，制备一种间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料，制备方法如下：将容器加热至50℃后按配比(质量分数)将水性树脂、水、活性单体、活性稀释剂投入容器内搅拌至体系均匀，然后降至室温，按配比加入交联剂、光引发剂、流平剂以及消泡剂搅拌均匀，静置1h即可得到一种间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料。
表1 实施例1中的配方1～4
Figure BDA0002276694750000041
Figure BDA0002276694750000051
注：表1中的百分数均为质量百分数。
将上述配方1所得间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料在配备有405纳米紫外光源的LCD型3D打印机上可打印成型。打印成型后，所得样品的物性参数如表2所示。
表2 打印成型后所得样品的物性参数
Figure BDA0002276694750000052
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料，其特征在于由包含以下质量份的组分组成：
Figure FDA0002276694740000011
2.根据权利要求1所述的间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料，其特征在于：
所述的水溶性树脂为水溶性二官能度聚氨酯丙烯酸酯、改性聚氨酯丙烯酸酯、全固含水性聚氨酯丙烯酸酯和50％固含水性聚氨酯丙烯酸酯中的一种或者几种。
3.根据权利要求1所述的间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料，其特征在于：
所述的活性单体为丙烯酰胺、顺丁烯二酸酐和2-丙烯酰胺-2-甲基磺酸钠中的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料，其特征在于：
所述的活性稀释剂为聚乙二醇二丙烯酸酯D400、聚乙二醇二丙烯酸酯D200、丙烯酸吗啉、甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟乙酯中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料，其特征在于：
所述的光引发剂为Irgacure184D、Darocur1173D和Omnirad TPO-L中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料，其特征在于：
所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；
所述的消泡剂为BYK-320、BYK-006N和D-foam-RC 331中的至少一种；
所述的流平剂为Glide450和flow370中的一种或两种。
7.一种根据权利要求1～6任一项所述的间接3D打印用水分散型光敏树脂材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将水性树脂、水、活性单体、活性稀释剂搅拌至体系均匀，然后依次加入交联剂、光引发剂、流平剂、消泡剂继续搅拌均匀，静置后即可得到一种间接3D打印辅助成型用光敏树脂材料。
8.根据权利要求7所述的间接3D打印用水分散型光敏树脂材料的制备方法，其特征在于：
所述搅拌均匀在45～50℃下进行；
所述静置时间为30min～60min。
9.根据权利要求1～6任一项所述的间接3D打印用水分散型光敏树脂材料在制备高致密性、大尺寸陶瓷构件上的应用。
10.一种根据权利要求1～6任一项所述的间接3D打印用水分散型光敏树脂材料的成型方法，其特征在于：采用配备有385～405nm紫外光源的LCD型3D打印机即可将上述间接3D打印用光固化水分散型树脂材料固化成型。
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