CN112500739A

CN112500739A - 应用于压电喷头的石膏打印墨水及其制备方法

Info

Publication number: CN112500739A
Application number: CN201910788961.6A
Authority: CN
Inventors: 王敏; 彭凡; 李天才; 严生辉
Original assignee: Kocel Intelligent Foundry Industry Innovation Center Co Ltd
Current assignee: Kocel Intelligent Foundry Industry Innovation Center Co Ltd
Priority date: 2019-08-26
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2021-03-16

Abstract

本发明涉及一种应用于压电喷头的石膏打印墨水及其制备方法。所述打印墨水由增稠剂、分散剂和/或助分散剂、表面活性剂、颜料、水性消泡剂以及蒸馏水组成；石膏打印墨水的制备方法包括下述步骤：取定量蒸馏水，加入定量增稠剂，搅拌后静置；选取分散剂和/或助分散剂、表面活性剂以及颜料加入静置溶液中，并进行搅拌；继续向搅拌后的溶液中加入水性消泡剂获取澄清墨水；对澄清墨水进行过滤后静置。应用于压电喷头的石膏打印墨水及其制备方法能实现大量喷墨、高速喷射以及高精度打印。

Description

应用于压电喷头的石膏打印墨水及其制备方法

技术领域

本发明涉及3D打印材料技术领域，特别是涉及一种应用于压电喷头的石膏打印墨水及其制备方法。

背景技术

3D打印技术属于增材制造快速成型技术，其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。与其他打印材料相比，打印材料中的石膏是一种绿色环保的无机材料，固化时间可控，用来做3D打印用原材料，不仅降低了传统制造的生产成本，更是大大缩短了石膏成型需要的时间和人力劳动。现有的石膏3D打印技术，都是采用小型机器打印，使用的是热泡式的喷头喷墨，该喷头喷墨量小，喷射速度有限，打印精度较差，成型空间和尺寸小，导致打印的产品仅仅局限于文创产品和概念模型，无法打印高强度、大尺寸、高精度的石膏模具和建筑用石膏材料，从而限制了石膏材料在3D打印技术中的广泛应用。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中所使用的打印材料石膏所打印的产品强度低、表面质量差、打印范围局限的问题，提供一种能实现大量喷墨、高速喷射、高精度打印的应用于压电喷头的石膏打印墨水及其制备方法。

一种应用于压电喷头的石膏打印墨水，所述石膏打印墨水按质量百分比由以下组分组成，包括增稠剂0.02％～3％、分散剂7％～10％和/或助分散剂2％～4％、表面活性剂0.1％～0.3％、颜料5％、水性消泡剂0.006％～0.01％，余量为蒸馏水。

在其中一个实施例中，所述增稠剂为羟乙基纤维素、丙烯酸以及甘油中的任意一种。

在其中一个实施例中，所述分散剂为乙二醇。

在其中一个实施例中，所述助分散剂为异丙醇。

在其中一个实施例中，所述表面活性剂为聚醚型润湿剂、炔二醇乙氧基化合物以及聚乙二醇中的任意一种。

在其中一个实施例中，所述水性消泡剂为聚醚改性硅类与矿物油中的任意一种。

一种用于制备所述的应用于压电喷头的石膏打印墨水的方法，包括如下步骤：取定量蒸馏水，加入定量增稠剂，搅拌后静置；选取分散剂和/或助分散剂、表面活性剂以及颜料加入静置溶液中，并进行搅拌；继续向搅拌后的溶液中加入水性消泡剂获取澄清墨水；对澄清墨水进行过滤后静置。

在其中一个实施例中，在蒸馏水中加入定量增稠剂并进行搅拌静置的步骤中，所述静置时间为2小时～3小时。

在其中一个实施例中，用于制备所述的应用于压电喷头的石膏打印墨水的方法还包括对过滤后静置一定时间的墨水进行喷墨测试的步骤。

在其中一个实施例中，对过滤后的墨水至少静置40分钟再进行所述喷墨测试。

上述应用于压电喷头的石膏打印墨水及其制备方法，通过在定量蒸馏水中加入一定量的增稠剂以提高墨水的粘度，进一步通过加入分散剂和/或助分散剂以及表面活性剂，可有效降低液体表面张力，同时通过加入不同颜料以改变墨水的色彩，最后为了避免起泡影响喷墨，在墨水溶液中加入一定量的水性消泡剂以获取澄清的墨水。采用上述方法制备的石膏打印墨水其制作成本低、无毒无害、打印出的产品强度高、精度高、表面质量良好。

附图说明

图1为一实施例的压电喷头的石膏打印墨水的制备方法流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“底端”、“顶端”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

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方式的目的，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。

在一实施例中，一种应用于压电喷头的石膏打印墨水，所述石膏打印墨水按质量百分比由以下组分组成，包括增稠剂0.02％～3％、分散剂7％～10％和/或助分散剂2％～4％、表面活性剂0.1％～0.3％、颜料5％、水性消泡剂0.006％～0.01％，余量为蒸馏水。

在一实施例中，一种用于制备上述实施例中应用于压电喷头的石膏打印墨水的方法，包括如下步骤：取定量蒸馏水，加入定量增稠剂，搅拌后静置；选取分散剂和/或助分散剂、表面活性剂以及颜料加入静置溶液中，并进行搅拌；继续向搅拌后的溶液中加入水性消泡剂获取澄清墨水；对澄清墨水进行过滤后静置。

上述应用于压电喷头的石膏打印墨水，通过在定量蒸馏水中加入一定量的增稠剂以提高墨水的粘度，进一步通过加入分散剂和/或助分散剂以及表面活性剂，可有效降低液体表面张力，同时通过加入不同颜料以改变墨水的色彩，最后为了避免起泡影响喷墨，在墨水溶液中加入一定量的水性消泡剂以获取澄清的墨水。采用上述方法制备的石膏打印墨水其制作成本低、无毒无害、打印出的产品强度高、精度高、表面质量良好。

下面结合具体实施例对所述应用于压电喷头的石膏打印墨水进行说明。

在一实施例中，一种应用于压电喷头的石膏打印墨水，所述石膏打印墨水按质量百分比由以下组分组成，包括增稠剂0.02％～3％、分散剂7％～10％、表面活性剂0.1％～0.3％、颜料5％、水性消泡剂0.006％～0.01％，余量为蒸馏水。

在一实施例中，一种应用于压电喷头的石膏打印墨水，所述石膏打印墨水按质量百分比由以下组分组成，包括增稠剂0.02％～3％、助分散剂2％～4％、表面活性剂0.1％～0.3％、颜料5％、水性消泡剂0.006％～0.01％，余量为蒸馏水。

在一实施例中，一种应用于压电喷头的石膏打印墨水，所述石膏打印墨水按质量百分比由以下组分组成，包括增稠剂0.02％～3％、分散剂7％～10％、助分散剂2％～4％、表面活性剂0.1％～0.3％、颜料5％、水性消泡剂0.006％～0.01％，余量为蒸馏水。

为了实现加快石膏打印墨水中其他试剂的溶解，在上述三个实施例中，分散剂与助分散剂的加入根据需要可以分别独立加入石膏打印墨水，也可以选择同时加入石膏打印墨水。在一实施例中，所述分散剂为乙二醇，所述助分散剂为异丙醇。这样，通过在墨水溶液中加入醇类分散剂和/或助分散剂，从而有助于加快墨水溶液中的其他试剂快速溶解，以便于快速支撑石膏打印墨水。

另外需要说明的是，增稠剂、分散剂和/或助分散剂、表面活性剂、颜料以及水性消泡剂按照要求范围内的质量百分数加入后，剩余质量百分数的成分为蒸馏水。其中以蒸馏水作为硬化剂的主要成分，因压电喷头喷孔极小，只有几十微米，所以必须使用纯净的蒸馏水配置，配置过程中防止固体杂质掉入，配置完成后要经过过滤系统再使用喷头喷墨；

在一实施例中，所述增稠剂为羟乙基纤维素、丙烯酸以及甘油中的任意一种。优选地，所述增稠剂为羟乙基纤维素。通过在待制备墨水溶液中加入增稠剂可提高墨水的粘度，达到喷头喷墨要求。在一实施例中，所述表面活性剂为聚醚型润湿剂、炔二醇乙氧基化合物以及聚乙二醇中的任意一种。优选地，所述表面活性剂为聚醚型润湿剂。通过在待制备墨水溶液中加入表面活性剂能够降低液体表面张力。在一实施例中，所述水性消泡剂为聚醚改性硅类与矿物油中的任意一种。这样通过加入少量消泡剂，以避免打印过程起泡影响喷墨。

下面结合具体实施例对所述应用于压电喷头的石膏打印墨水的制备方法进行说明。请参阅图1，在一实施例中，一种用于制备上述人一项实施例所述的应用于压电喷头的石膏打印墨水的方法的步骤包括如下步骤：

S110：取定量蒸馏水，加入定量增稠剂，搅拌后静置；

在一实施例中，在蒸馏水中加入定量增稠剂并进行搅拌静置的步骤中，所述静置时间为2小时～3小时。优选地，所述静置时间为2.5小时。通过在蒸馏水中加入增稠剂，使其充分溶解得到分散良好的透明液体。

S120：选取分散剂和/或助分散剂、表面活性剂以及颜料加入静置溶液中，并进行搅拌；

其中，分散剂与助分散剂根据具体需要可以同时或分别独立加入。

S130：继续向搅拌后的溶液中加入水性消泡剂获取澄清墨水；

通过加入水性消泡剂可有效消除溶液中的起泡，有利于保证打印质量。

S140：对澄清墨水进行过滤后静置。

在一实施例中，对过滤后静置一定时间的墨水进行喷墨测试的步骤。优选地，对过滤后的墨水至少静置40分钟再进行所述喷墨测试。具体使用墨滴观测仪测试喷墨，实验表明采用上述任一项实施例的墨水制备方法所获取的墨水喷墨效果良好，喷孔全喷且直线性好。且在3DP打印设备上打印，固化快、拉伸强度高，可打印出表面质量良好的石膏模具。

具体实施例1

向833g的蒸馏水中加入0.02g的羟乙基纤维素，搅拌后静置2-3小时使其充分溶解得到分散良好的透明液体，再分别加入8g的乙二醇、3g的异丙醇、0.1g的聚醚润湿剂，5g的颜料(颜料颜色可根据打印需要确定)，搅拌溶液产生气泡，再加入0.05g的聚醚改性硅，得到澄清透明的墨水，经过过滤系统过滤后，放置40min，进行喷墨测试。用墨滴观测仪测试喷墨，喷墨效果良好，喷孔全喷且直线性好，墨滴体积可以达到150pl，喷墨速度可以达到6.5m/s。且在3DP打印设备上打印，固化快、可得到拉伸强度为2.1MPA，表面质量良好的石膏模具。

具体实施例2

将812g蒸馏水、22g丙烯酸、0.2g炔二醇乙氧基化合物，按顺序混合均匀，实施方式如上述具体实施例1。

具体实施例3

将817g蒸馏水、22g丙烯酸、8g乙二醇、0.2g炔二醇乙氧基化合物，0.05g矿物油，按顺序混合均匀，实施方式如上述具体实施例1。

具体实施例4

将833g蒸馏水、0.02g羟乙基纤维素、0.2g聚醚润湿剂、5g颜料，按顺序混合均匀，实施方式如上述具体实施例1。

具体实施例5

将836g蒸馏水、0.02g羟乙基纤维素、8g乙二醇、0.2g聚醚润湿剂，5g颜料，0.05g矿物油，按顺序混合均匀，实施方式如上述具体实施例1。

将实施例1-5进行性能测试，测试结果如下表：

表1：石膏打印墨水性能测试结果

通过上述对比得出，实施例1中的打印墨水组分配比进行打印的综合效果最佳，在实际生产中可优选选择适用。

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

1.一种应用于压电喷头的石膏打印墨水，其特征在于，所述石膏打印墨水按质量百分比由以下组分组成，包括增稠剂0.02％～3％、分散剂7％～10％和/或助分散剂2％～4％、表面活性剂0.1％～0.3％、颜料5％、水性消泡剂0.006％～0.01％，余量为蒸馏水。

2.根据权利要求1所述的应用于压电喷头的石膏打印墨水，其特征在于，所述增稠剂为羟乙基纤维素、丙烯酸以及甘油中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的应用于压电喷头的石膏打印墨水，其特征在于，所述分散剂为乙二醇。

4.根据权利要求1所述的应用于压电喷头的石膏打印墨水，其特征在于，所述助分散剂为异丙醇。

5.根据权利要求1所述的应用于压电喷头的石膏打印墨水，其特征在于，所述表面活性剂为聚醚型润湿剂、炔二醇乙氧基化合物以及聚乙二醇中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的应用于压电喷头的石膏打印墨水，其特征在于，所述水性消泡剂为聚醚改性硅类与矿物油中的任意一种。

7.一种用于制备如权利要求1至6中任一项所述的应用于压电喷头的石膏打印墨水的方法，其特征在于，包括如下步骤：

取定量蒸馏水，加入定量增稠剂，搅拌后静置；

选取分散剂和/或助分散剂、表面活性剂以及颜料加入静置溶液中，并进行搅拌；

继续向搅拌后的溶液中加入水性消泡剂获取澄清墨水；

对澄清墨水进行过滤后静置。

8.根据权利要求7所述的制备应用于压电喷头的石膏打印墨水的方法，其特征在于，在蒸馏水中加入定量增稠剂并进行搅拌静置的步骤中，所述静置时间为2小时～3小时。

9.根据权利要求7所述的制备应用于压电喷头的石膏打印墨水的方法，其特征在于，还包括对过滤后静置一定时间的墨水进行喷墨测试的步骤。

10.根据权利要求9所述的应用于压电喷头的石膏打印墨水，其特征在于，对过滤后的墨水至少静置40分钟再进行所述喷墨测试。