[發明專利]一種利用3D打印技術制備超疏水木材的方法

有效

• 申請號: 201410653267.0
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104441091A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 吳義強;卿彥;劉明;羅莎;張新荔
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: B27D1/00
• 分類號: B27D1/00;B27M1/00
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 楊斌

技術領域

本發明涉及3D打印領域，具體涉及利用3D打印技術制備超疏水木材的領域。

背景技術

3D打印，又稱積層制造，屬于快速成形技術的一種，它是一種通過讀取數字模型文件，直接制造幾乎任意形狀三維實體的技術。3D打印技術使得模型或者零部件的生產、制作無需考慮生產工藝問題，可以快速打印出實物模型，從而縮短產品生產周期。因此，其在航天航海、生物醫藥、建筑設計、制造業等都有廣闊的應用前景。

木材來源豐富，環保可再生，易于加工，廣泛應用于社會經濟建設與人類生活環境中。但木材由于其主要成分如纖維素、半纖維素等含有大量的吸水基團，表現出極強的吸水性，木材吸水后又容易被菌蟲侵蝕、腐朽，產生尺寸變形等破壞，嚴重降低木材使用價值，限制使用范圍，縮短使用壽命，導致木材資源大量浪費。如果賦予木材超疏水特性將顯著提高木材的疏水能力，延長其使用壽命，節約木材資源，從而有利于環境保護。而現有的木材超疏水處理方法都需要復雜的工藝過程，處理周期長，成本高，如果能通過利用3D打印技術獲得具有超疏水特性的木材，這對于本領域技術人員來說將具有革命性意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種利用3D打印技術制備超疏水木材的方法，該方法工藝簡單、可大面積生產。

本發明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現：一種利用3D打印技術制備超疏水木材的方法，包括以下步驟：

（1）以自然界中或人工構建的超疏水表面為模板，采用掃描電子顯微鏡對超疏水表面進行掃描，將掃描圖片導入繪圖軟件獲得三維結構模型圖；

（2）將無機或有機納米粒子分散于含低表面能有機物的溶液中進行改性處理，然后離心分離回收改性后的無機或有機納米粒子，干燥，用作打印原料；

（3）鋸切待處理木材，制得表面平整、光滑的鋸材，然后在鋸材表面涂刷一層樹脂或膠粘劑膠膜，對涂膠后的木材進行預干；

（4）將上述三維結構模型圖導入3D打印機（3D打印機可使用“噴墨”的方式。即使用打印機噴頭將一層極薄的配置好的混合溶液噴涂基材上，此涂層然后被置于紫外線下進行處理。之后基材下降極小的距離，以供下一層堆疊上來，還可使用?“熔積成型”的技術，在噴頭內裝入配置好的混合液，然后通過沉積混合溶液的方式形成薄層。還可使用?“激光燒結”技術，將配置好的混合溶液噴撒在鑄模托盤上形成一層極薄層，熔鑄成指定形狀，然后由噴出的液態粘合劑進行固化），以改性處理后的納米粒子作為打印原料，對預干后的木材各個表面分別進行3D打印（3D打印過程即在基材上逐層構建微納米結構的過程，通過將導入的模型切割成極薄層，甚至到單個粒子尺寸，然后通過累積打印，在基材將這些薄層堆積在基材上，最終形成類模型結構），對打印后制得的木材進行固化，即得到超疏水木材。

上述的制備超疏水木材的方法中，優選的，所述自然界中的超疏水表面為擁有超疏水特性的植物或昆蟲表面。

上述的制備超疏水木材的方法中，優選的，所述超疏水表面為荷葉表面或芋頭葉表面。

上述的制備超疏水木材的方法中，優選的，所述無機納米粒子為直徑為100~300nm的SiO₂、TiO₂或ZnO中的一種或多種混合納米粒子，所述有機納米粒子為聚苯乙烯或聚四氟乙烯納米粒子。

上述的制備超疏水木材的方法中，優選的，所述含低表面能有機物的溶液中，其溶質為硬脂酸、乙烯基三乙氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷或十八烷基三氯硅烷，溶劑為溶解前述溶質的醇類或醛類有機溶劑，溶質的質量分數為2%~10%。

上述的制備超疏水木材的方法中，優選的，所述改性處理過程中的溫度為30~80℃，處理時間為1~4h，改性處理過程中同時利用超聲波進行分散。

上述的制備超疏水木材的方法中，優選的，所述干燥為真空干燥，溫度為40~80℃，時間為2~10h；所述樹脂為酚醛樹脂或環氧樹脂，所述涂刷的方式為噴涂、輥涂或滴涂。

上述的制備超疏水木材的方法中，優選的，所述3D打印機設有一噴射孔，所述噴射孔裝有孔徑為10~100μm的噴嘴，且噴射時使用空氣對打印原料加壓，壓力為0.2~0.7MPa。使噴射濃度及微粒釋放量可控，分散均勻，最小每層打印厚度可達10μm。

上述的制備超疏水木材的方法中，優選的，所述噴嘴與木材間距離精度為10μm，所述噴嘴的平移精度為5μm。