CN111704805A - 用于3d打印软耗材的打印液体、制备方法和用打印液体制备3d打印软耗材的方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于3D打印软耗材的打印液体、制备方法和用打印液体制备3D打印软耗材的方法与应用，本发明中提供的用于3D打印软耗材的打印液体采用乳胶树脂液体和光固化溶剂的混合物，在3D打印的过程中，采用上述的打印液体，经过光线导致的光固化溶剂反应，帮助瞬速固化乳胶树脂液体能在DLP 3D打印机上进行打印。该方法克服了传统3D打印不能打软性树脂的局限，能打印出来有弹性的物品，采用DLP 3D打印技术和本发明的打印液体在3D打印的过程中不需要倒模，小批量生产可以大大减少厂家的制作过程，时间和资源浪费。

Description

用于3D打印软耗材的打印液体、制备方法和用打印液体制备 3D打印软耗材的方法与应用
技术领域
本发明涉及3D打印软耗材技术领域，具体而言，涉及用于3D打印软耗材的打印液体、制备方法和用打印液体制备3D打印软耗材的方法与应用。
背景技术
3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
目前，常用的3D打印方法有FDM、SLA、DLP、SLS等3D打印技术，其中：
FDM 3D打印机技术应该是最亲民化的增材制造技术了，其工作原理是通过将热塑性聚合物通过加热的喷嘴挤出并将其层层堆积在3D打印板上最终构建出立体模型的过程；
SLA 3D打印机技术是上世纪80年代被提出的增材制造技术之一。它的制作原理非常简单：近紫外激光束聚焦，并在薄薄的液体光聚合物树脂层上快速绘制设计的平面部分。然后，通过拉高液面近一步打印下一层平面，从而最终形成3D打印模型。最后一步是清洁模型表面的树脂材料，并移除最终的支撑结构。
DLP 3D打印机技术就是把影像信号经过数字处理后光投影出来，是基于美国德州仪器公司开发的数字微镜元件-DMD来完成可视数字信息显示的技术。DLP 3D打印技术的基本原理是数字光源以面光的形式在液态光敏树脂表面进行层层投影，层层固化成型。
SLS 3D打印技术为选择性激光烧结加工过程是采用铺粉棍将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度，控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉末上扫描，使粉末的温度升至熔化点，进行烧结，并与下面已成型的部分实现粘结。
常用的3D打印耗材有ABS(丙烯腈，丁二烯和苯乙烯的共聚物)和聚乳酸(PLA)。这两个都是硬树脂，打印时候把耗材融化，当它变干并冷却时会变硬。这样的耗材能做好多种类的硬件组件，不过还是个硬性树脂，不适合穿戴式装置/服装业。现在有的软性3D打印耗材有尼龙。不过尼龙并没有弹性，戴在身上会不舒服，所以穿戴式装置/服装业还是用处有限。
从上面介绍的3D打印情况能看得到，目前的3D打印的发展有几个问题点：
(1)、没有一个有弹性和软性的耗材，服装业和穿戴式装置上3D打印的用处不多；
(2)、最常用的FDM加工粗，不能直接打印后戴上，会对皮肤敏感；
(3)、乳胶不能从液体变固体后再次溶化成固体，会燃烧。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供用于3D打印软耗材的打印液体、制备方法和用打印液体制备3D打印软耗材的方法与应用。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供一种用于3D打印软耗材的打印液体，将乳胶和树脂以质量比为1:10-12混合得到混合物，再将光固化溶剂与混合物以质量比为1:5-7混合得到打印液体。
本发明实施例提供一种用于3D打印软耗材的打印液体，打印液体包括乳胶、树脂和光固化溶剂。由于有弹性材料往往不能被最常见的FDM打印机打出来，现在有的软性3D打印耗材有尼龙。不过尼龙并没有弹性，戴在身上会不舒服，所以穿戴式装置/服装业还是用处有限。而采用本发明实施例所提供的包括乳胶、树脂和光固化溶剂的打印液体，由于树脂可以把乳胶的固体化的结构破坏，在光固化溶剂的诱导下，打印液体聚合固化，从而实现3D打印软耗材的制作，采用本发明实施例提供的打印液体来代替传统3D打印耗材，可以打印出有弹性的乳胶产品。
在可选的实施方式中，乳胶为天然液体白乳胶，优选泰国三棵树，马来黄春发品牌的天然液体白乳胶；
优选的，光固化溶剂选自M-QTX光固化溶剂。
第二方面，本发明实施例提供一种上述用于3D打印软耗材的打印液体的制备方法，包括以下步骤：
将加热的乳胶与橡胶混合得到乳胶树脂液体；
将乳胶树脂液体降温后，再与光固化溶剂混合，再次放置降温至室温。
在可选的实施方式中，乳胶树脂液体的制备包括以下步骤：将乳胶加热，与树脂混合，避免混合过程中进入气泡，使天然液体乳胶在40-60℃保持液体状态。
将市场上的天然液体白乳胶加热，再以1:10-12的比例与树脂慢慢混合，由于乳胶是个高机器稳定性的材料，一旦有气泡进去就难放出来，要避免气泡进入。这样就能把乳胶固体化的结构破坏，能在40-60℃的环境温度下保持液体状态。
在可选的实施方式中，液体耗材的制备包括以下步骤：将乳胶树脂液体降温至40-50℃，与光固化溶剂混合，避免混合过程中进入气泡，放置降温至室温。
将乳胶树脂液体降温至40-50℃的时候，再加混合物1:5-7的比例的光固化溶剂慢慢混合(同样原理，避免气泡进去)，放置降温到室温。这样就能保持液体耗材不要溶化，液体耗材做好，这样能保持混合物不要因为温度而固化，而是只会因为UV或者强光而光固化。
第三方面，本发明实施例提供一种利用上述打印液体制备3D打印软耗材的方法，包括：采用上述打印液体，经过光线导致的光固化溶剂反应，在DLP 3D机打印上进行打印。
本发明实施例提供一种3D打印软耗材的制备方法，由于有弹性材料往往不能被最常见的FDM打印机打出来，现在有的软性3D打印耗材有尼龙。不过尼龙并没有弹性，戴在身上会不舒服，所以穿戴式装置/服装业还是用处有限。而采用DLP 3D打印技术和本发明的打印液体相结合，进行3D打印的话不需要倒模，就能打印有弹性的乳胶产品。
在可选的实施方式中，DLP 3D打印过程在全封闭条件下进行；
优选的，控制全封闭条件下的工作台里面的氧气含量在95％以上。
耗材的制作需要全密封的工作台。把工作台里面的氧气抽掉，做到95％以上是氮气，使打印过程中的物质稳定存在而不被氧化。
在可选的实施方式中，DLP 3D打印包括以下步骤：将液体耗材倒入 DLP打印机里；
优选的，打印时保持软耗材打印部分温度在30℃以下。
在可选的实施方式中，还包括以下的后处理：将打印出的3D打印软耗材用酒精冲洗。
在打印时候，把这个液体耗材倒在DLP打印机里。打印时候一定要把风扇直接吹在打印部分保持温度30℃以下，这样就不会有累积高浓度气体释放液和氧气，避免燃烧反应。由于橡胶对树脂释放液有毒，建议打印后用酒精冲洗一下。这样会留着全乳胶的产品。
第四方面，本发明实施例提供一种利用以上方法制备的3D打印软耗材。
第五方面，本发明实施例提供一种上述3D打印软耗材在智能可穿戴制品上的应用。
在可选的实施方式中，可穿戴制品包括服装、成人用品以及医疗制品中的任意一种。
通过以上介绍的DLP乳胶3D打印耗材方案，采用乳胶来代替传统3D 打印耗材。乳胶是常见的服装/成人用品/医疗用品的材料。对人体皮肤没有害，有特别强的伸缩性。DLP打印做到高精度的加工，打印后能直接长期穿戴在身上。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供用于3D打印软耗材的打印液体、制备方法和用打印液体制备3D打印软耗材的方法与应用，本发明提供的用于3D打印软耗材的打印液体采用乳胶、树脂和光固化溶剂的混合物，利用树脂将乳胶固体化结构破坏，同时保持乳胶的液体性质，在3D打印的过程中，采用上述的打印液体，经过光线导致的光固化溶剂反应，帮助瞬速固化乳胶树脂液体能在DLP 3D打印机上打印。该方法克服了传统3D打印不能打软性树脂的局限，能打印出来有弹性的物品，且打印出的有弹性的物品可望应用于服装、成人用品以及医疗制品等领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明中的3D打印软耗材的制备过程的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
一种3D打印软耗材的制备方法，包括以下步骤：
耗材的制作需要全密封的工作台。把工作台里面的氧气抽掉，做到95％以上是氮气。
首先把市场上的天然液体白乳胶加热，再以1:10-12的比例与树脂慢慢混合(乳胶是个高机器稳定性的材料，一旦有气泡进去就难放出来，所以避免气泡进去)。这样就能把乳胶固体化的结构破坏，能在40-60℃的环境温度下保持液体状态。
把混合物在降温到40-50℃的时候再加混合物1:5-7的比例的光固化溶剂慢慢混合(同样原理，避免气泡进去)，放着降温到室温。这样能保持混合物不要因为温度而固化，而是只会因为UV而光固化，得到液体耗材。
在打印时候，把这个液体耗材倒在DLP打印机里。打印时候一定要把风扇直接吹在打印部分保持温度30℃以下，这样就不会有累积高浓度气体释放液和氧气，避免燃烧反应。由于橡胶对树脂释放液有毒，建议打印后用酒精冲洗一下。这样会留着全乳胶的产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种3D打印软耗材的制备方法，包括以下步骤：
耗材的制作需要全密封的工作台。把工作台里面的氧气抽掉，做到95％以上是氮气。
首先把市场上的天然液体白乳胶(如泰国三棵树的天然液体白乳胶) 加热到60℃，再以1:10的比例与树脂慢慢混合，混合过程中避免气泡进入。这样就能把乳胶固体化的结构破坏，能在50℃的环境温度下保持液体状态。
把混合物在降温到40℃的时候再加混合物1:5的比例的光固化溶剂(如美国JenKem公司的M-QTX光固化溶剂)慢慢混合(同样原理，避免气泡进去)，放着降温到室温，得到液体耗材。
在打印时候，把这个液体耗材倒在DLP打印机里。打印时候一定要把风扇直接吹在打印部分保持温度30℃以下，这样就不会有累积高浓度气体释放液和氧气，避免燃烧反应。由于橡胶对树脂释放液有毒，建议打印后用酒精冲洗一下。这样会留着全乳胶的产品。
从图1看到，本发明实施例中的混合物是需要UV或者强光来做光固化。被乳胶树脂液体破坏结构的乳胶可以理解为Oligomer和Monomer。液体状态的混合物在40℃以上都是分离，不过再低温的话会固化。光固化溶剂的作用就是防止因温度而固化。光固化溶剂只会在有UV的情况下才会发生其作用，所以打印的部分会固化。不过本来乳胶的结构都是软性的，所以就能打印有弹性的物品。
实施例2
耗材的制作需要全密封的工作台。把工作台里面的氧气抽掉，做到95％以上是氮气。
首先把市场上的天然液体白乳胶(如泰国三棵树的天然液体白乳胶) 加热到60℃，再以1:10的比例与树脂慢慢混合，混合过程中避免气泡进入。这样就能把乳胶固体化的结构破坏，能在50℃的环境温度下保持液体状态。
把混合物在降温到40℃的时候再加混合物1:5的比例的光固化溶剂(如美国JenKem公司的M-QTX光固化溶剂)慢慢混合(同样原理，避免气泡进去)，放着降温到室温。这样能保持混合物不要因为温度而固化，而是只会因为UV而光固化。
在打印时候，把这个液体耗材倒在DLP打印机里。打印时候一定要把风扇直接吹在打印部分保持温度30℃以下，这样就不会有累积高浓度气体释放液和氧气，避免燃烧反应。由于橡胶对树脂释放液有毒，建议打印后用酒精冲洗一下。这样会留着全乳胶的产品。
实施例3
耗材的制作需要全密封的工作台。把工作台里面的氧气抽掉，做到95％以上是氮气。
首先把市场上的天然液体白乳胶(如泰国的马来黄春发品牌的天然液体白乳胶)加热到60℃，再以1:12的比例与树脂慢慢混合，混合过程中避免气泡进入。这样就能把乳胶固体化的结构破坏，能在60℃的环境温度下保持液体状态。
把混合物在降温到50℃的时候再加混合物1:7的比例的光固化溶剂(如美国JenKem公司的M-QTX光固化溶剂)慢慢混合(同样原理，避免气泡进去)，放着降温到室温。这样能保持混合物不要因为温度而固化，而是只会因为UV而光固化。
在打印时候，把这个液体耗材倒在DLP打印机里。打印时候一定要把风扇直接吹在打印部分保持温度30℃以下，这样就不会有累积高浓度气体释放液和氧气，避免燃烧反应。由于橡胶对树脂释放液有毒，建议打印后用酒精冲洗一下。这样会留着全乳胶的产品。
综上，本发明实施例提供用于3D打印软耗材的打印液体、制备方法和用打印液体制备3D打印软耗材的方法与应用。本发明实施例提供的用于 3D打印软耗材的打印液体采用乳胶树脂液体和光固化溶剂的混合物，采用上述的打印液体，经过光线导致的光固化溶剂反应，帮助瞬速固化乳胶树脂液体能在DLP 3D打印机上打印。本发明实施例提供的方法克服了传统 3D打印不能打软性树脂的局限。因此该方案做到利用乳胶进行DLP 3D打印耗材，能打印出来有弹性的物品。乳胶做的物品长期带在身上也不会敏感。对服装、成人用品以及医疗制品等领域的产品设计有大大帮助。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于3D打印软耗材的打印液体，其特征在于，所述打印液体包括乳胶、树脂和光固化溶剂；将所述乳胶和所述树脂以质量比为1:10-12混合得到混合物，再将所述光固化溶剂与所述混合物以质量比为1:5-7混合得到所述打印液体。
2.根据权利要求1所述的用于3D打印软耗材的打印液体，其特征在于，所述乳胶为天然液体白乳胶；
优选的，所述光固化溶剂选自M-QTX光固化溶剂。
3.一种根据权利要求1或2所述的用于3D打印软耗材的打印液体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将加热的乳胶和树脂混合得到乳胶树脂液体；
将所述乳胶树脂液体降温后，再与所述光固化溶剂混合，再次放置降温至室温。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述乳胶树脂液体的制备包括以下步骤：将所述乳胶加热，然后与所述树脂混合，避免混合过程中进入气泡，使所述乳胶在40-60℃保持液体状态。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述打印液体的制备包括以下步骤：将所述乳胶树脂液体降温至40-50℃，与所述光固化溶剂混合，避免混合过程中进入气泡，放置降温至室温。
6.一种利用权利要求1-2中任一项所述的打印液体以及权利要求3-5中任一项所述制备方法制备的打印液体制备3D打印软耗材的方法，其特征在于，包括：采用所述打印液体，经过光线导致的光固化溶剂反应，在DLP3D打印机上进行打印。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述DLP 3D打印过程在全封闭条件下进行；
优选的，控制所述全封闭条件下的工作台里面的氧气含量在95％以上；
优选的，控制打印时软耗材的打印部分温度在30℃以下。
8.一种3D打印软耗材，其特征在于，所述3D打印软耗材根据权利要求6-7中任一项所述的方法制备得到的。
9.一种根据权利要求8所述的3D打印软耗材在智能可穿戴制品上的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述可穿戴制品包括服装、成人用品以及医疗制品中的任意一种。
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