一種石膏材料3D打印用多元醇丙烯酸酯類光敏粘結劑及其制備方法與流程

本發明涉及一種石膏材料3D打印用多元醇丙烯酸酯類光敏粘結劑及其制備方法，屬于3D打印技術領域。

背景技術：
3D打印技術是一種以計算機三維設計模型到物理實體的快速成型技術，它是基于軟件分層離散和數控成型系統，利用現代CAD技術、智能控制技術、伺服驅動技術以及材料學，利用激光燒結、熔融沉積、疊層實體、三維打印等成型工藝將金屬粉末、塑料、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結，最終疊加成型，制造出實體產品的新興技術。這種數字化制造模式直接從計算機圖形數據中便可生成任何形狀的零件，使生產制造得以向更廣的生產人群范圍延伸。近年來，3D打印因其獨特的個性化設計，快速便捷的制作手段，以及對原材料使用的相對節省等優勢，在越來越多的領域得到了廣泛的應用。我國于90年代便開始了3D打印技術的研究，在設備方面已接近國際先進水平，但在3D打印材料的研發方面，由于前期重視程度不夠，還處于相對落后的地位，包括石膏材料、金屬材料在內的多數3D打印材料還必須依賴進口。同其他3D成型材料相比，石膏材料具有容易著色，后處理工藝方便等優點，已成為3D彩色打印材料中使用量最多的一類無機粉末打印材料。主要被應用于制作各種工藝品、模具設計、模型制作以及建筑材料等多個領域。當前，3D打印石膏材料大多采取3DP方式打印產品。粘結劑是3DP打印的材料的關鍵所在，但目前國內在該領域的實際應用還是空白。光固化技術作為一種潔凈高效的固化技術，目前已廣泛應用于光敏涂料等多個領域，但在3D打印中的應用只局限于Objetpolyjet等UV樹脂的SLA打印成型技術。目前尚未被作為粘結劑應用于無機材料的3DP打印技術中。

技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種石膏材料3D打印用多元醇丙烯酸酯類光敏粘結劑，將光敏涂料技術引入3D打印材料領域。本發明還要解決的技術問題是提供上述粘結劑的制備方法。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：一種石膏材料3D打印用多元醇丙烯酸酯類光敏粘結劑，它包括如下質量百分比的組分：其中，所述的多元醇丙烯酸酯類化合物為二乙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯或聚丙二醇二甲基丙烯酸酯。所述的多元醇丙烯酸酯類化合物皆為市售常規產品。其中，所述的光引發劑為安息香酸及其衍生物，所述的衍生物為安息香酸的醚類衍生物，例如安息香甲醚、安息香乙醚。其中，所述的流動滲透促進劑為乙醇或異丁醇。其中，所述的水為去離子水。上述石膏材料3D打印用多元醇丙烯酸酯類光敏粘結劑的制備方法，將配放量的多元醇丙烯酸酯類化合物、光引發劑、流動滲透促進劑、顏料和水混合均勻。上述石膏材料3D打印用多元醇丙烯酸酯類光敏粘結劑在3D打印中的應用也在本發明的保護范圍之內。具體的應用方法是，將石膏材料3D打印用多元醇丙烯酸酯類光敏粘結劑置于打印噴頭中，以3DP技術進行打印，打印過程中的固化光源為紫外光源，打印完畢后將制品取出，置于石膏材料3D打印用多元醇丙烯酸酯類光敏粘結劑中再次浸泡15-60min(優選30min)，然后再置于紫外光源下照射固化4-12小時(優選8h)即可。本發明選擇對石膏等無機材料具有應用范圍廣泛，粘結力強，可應用潔凈環保的紫外固化技術，單體遷移速度快，可以水作為溶劑的多元醇丙烯酸酯類作為固化單體。以光敏涂料常用的安息香酸及其衍生物光引發劑作為固化劑，并使用乙醇和異丁醇作為流動滲透促進劑，實現粘結劑對石膏的快速滲透，提高打印成型速度。為滿足環保需要，本品所選用的溶劑為去離子水。現有技術中，3DP工藝的彩色打印的粘結劑(也就是墨水)，是不需要光固化的，直接一層一層打印粘結成型。本發明因為在粘結劑里面加了光引發劑，在打印成型過程中，一層一層打印粘結外，同時使用紫外光進行照射固化。兩者相比：1、粘結速度：前者成型件層與層之間粘結速度慢，3-5層/分鐘，后者(本發明)成型件層與層之間的固化時間快，6-8層/分鐘；2、后處理工藝：前者打印結束后，因初始強度低，故不能立即取出，必須在成型艙里放置1-2小時，然后取出后，需要再加固化劑進行快速固化，而后者(本發明)打印結束后即可取出，初始強度高；另外不需要再用其他固化劑，而只需要在本發明粘結劑中浸泡一下、取出、然后進行光固化即可。有益效果：本發明與現有技術相比具有如下優勢：本發明工藝簡單，操作容易，該配方具有粘結劑滲透速度快，定型時間短，制品強度高，環保無污染等優點。適合作為石膏材料3DP打印的粘結劑使用。本發明方法的應用可有效提高3D打印石膏制品的打印速度和初始強度，并避免了打印制品復雜的后處理工藝，從而大幅度提高3D打印產品的制作效率和成品質量，降低工藝復雜程度。附圖說明圖1為純石膏粉末紅外譜圖；圖2為經實施例1得到的粘結劑固化成型石膏制品紅外譜圖。具體實施方式根據下述實施例，可以更好地理解本發明。然而，本領域的技術人員容易理解，實施例所描述的內容僅用于說明本發明，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本發明。實施例1：將聚乙二醇二甲基丙烯酸酯30g，安息香甲醚3g，異丁醇12g，紅色顏料0.5g，去離子水54.5g。打印前將上述原料混合均勻置于打印噴頭中，以3dp技術進行打印，固化光源為紫外光源，打印完畢后將制品取出，置于上述混合溶液中再次浸泡30min，然后置于紫外光源下照射，固化8小時即可。該配方具有粘結劑滲透速度快，定型時間短，制品強度高，環保無污染等優點。適合作為石膏材料3dp打印的粘結劑使用。圖1為純石膏粉末紅外譜圖；圖2為經實施例1得到的粘結劑固化成型石膏制品紅外譜圖。對比圖1可以看出，圖2中在2800cm-1附近，可以明顯看出丙烯酸酯固化后的特征吸收峰。說明固化反應已充分進行。該方案可行。實施例2：將聚乙二醇二甲基丙烯酸酯30g，安息香甲醚3g，異丁醇12g，紅色顏料0.5g，去離子水54.5g。打印前將上述原料混合均勻即可。打印方法同實施例1。實施例3：將二乙二醇二丙烯酸酯25g，安息香乙醚3g，乙醇10g，黃色顏料0.5g，去離子水61.5g。打印前將上述原料混合均勻即可。打印方法同實施例1。實施例4：將聚乙二醇二甲基丙烯酸酯40g，安息香酸3.5g，乙醇15g，去離子水41.5g。打印前將上述原料混合均勻即可。打印方法同實施例1。實施例5：將二乙二醇二丙烯酸酯35g，安息香甲醚3g，異丁醇12g，紅色顏料0.5g，去離子水49.5g。打印前將上述原料混合均勻即可。打印方法同實施例1。實施例6：將三乙二醇二丙烯酸酯35g，安息香甲醚3g，異丁醇12g，去離子水50g。打印前將上述原料混合均勻即可。打印方法同實施例1。實施例7：將聚乙二醇二丙烯酸酯25g，安息香乙醚2g，異丁醇12g，去離子水61g。打印前將上述原料混合均勻即可。打印方法同實施例1。實施例8：將聚丙二醇二丙烯酸酯40g，安息香酸3.5g，乙醇15g，紅色顏料0.5g，去離子水41g。打印前將上述原料混合均勻即可。打印方法同實施例1。實施例9：將聚丙二醇二甲基丙烯酸酯30g，安息香甲醚3g，異丁醇12g，紅色顏料0.5g，去離子水54.5g。打印前將上述原料混合均勻即可。打印方法同實施例1。實施例10：將聚乙二醇二丙烯酸酯25g，安息香乙醚3g，乙醇10g，黃色顏料0.5g，去離子水61.5g。打印前將上述原料混合均勻即可。打印方法同實施例1。實施例11：將二乙二醇二丙烯酸酯40g，安息香酸3.5g，乙醇15g，去離子水41.5g。打印前將上述原料混合均勻即可。打印方法同實施例1。實施例12：將三乙二醇二丙烯酸酯35g，安息香甲醚3g，異丁醇12g，紅色顏料0.5g，去離子水49.5g。打印前將上述原料混合均勻即可。打印方法同實施例1。實施例13：將聚丙二醇二丙烯酸酯35g，安息香甲醚3g，異丁醇12g，去離子水50g。打印前將上述原料混合均勻即可。打印方法同實施例1。實施例14：將聚丙二醇二甲基丙烯酸酯25g，安息香乙醚2g，異丁醇12g，去離子水61g。打印前將上述原料混合均勻即可。打印方法同實施例1。實施例15：將聚乙二醇二甲基丙烯酸酯40g，安息香酸3.5g，乙醇15g，紅色顏料0.5g，去離子水41g。打印前將上述原料混合均勻即可。打印方法同實施例1。