[發明專利]3D直寫的氧化鋯膠體墨水

有效

• 申請號: 201611141192.3
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN108456456B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 張斗;廖晶晶;陳何昊;周科朝
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C09D11/30
• 分類號: C09D11/30;C09D11/38;C04B35/48
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 魏娟

3D直寫的氧化鋯膠體墨水，原料包括氧化鋯顆粒，溶劑，粘結劑，酸劑，堿劑以及分散劑；所述的氧化鋯顆粒粒徑范圍為0.05?2μm，其在墨水中的固相含量范圍為40?56vol％；所述的分散劑為聚丙烯酸、聚乙烯酸、聚丙烯酸氨、聚乙烯亞胺、聚丙烯酸鹽、聚乙烯酸鹽、聚羧酸鹽中的一種或幾種，所述的分散劑為氧化鋯顆粒干粉質量的0.1?4wt％；所述的酸劑的量為不超過墨水質量的0.1％,所述的堿劑的量為不超過墨水質量的0.1％，所述的酸劑和堿劑中的氫離子與氫氧根離子的摩爾比為(0.01?4)∶1。本發明在室溫下打印，具有較高的固含量的同時仍可以從精細的噴嘴中流出而不發生堵塞，并且可以迅速固化成具有一定強度的細絲用于各種造型，具有良好流變性能。

技術領域

本發明涉及一種用于3D直寫的氧化鋯膠體墨水，屬于3D打印材料設計技術領域。

背景技術

現代微加工技術在微納米尺度上具有傳統加工方式無可比擬的優勢。微加工技術包括軟刻蝕技術、激光燒蝕技術、立體光刻技術、雙光子聚合技術、靜電排放技術和3D直寫技術等。其中，3D直寫技術(three dimensional direct-writing)，又稱直寫組裝技術(Direct-writing Assembly)，是3D打印技術的一個分支。3D打印制造技術典型的例子有光固化成型、選擇性激光燒結成型以及分層實體成型等，但存在成型精度低、后續處理復雜、成型強度低等缺點，不適合制備小型精細件。近年來，基于快速成型的3D直寫成型技術(Direct ink writing，DIW)由于其可制備具有較大高寬比和含有跨度特征的復雜精細的三維周期結構而引起研究者的廣泛關注。

3D直寫從廣義上講，指的是一種使用安裝在計算機控制平臺上的造型設備，將特定成分的材料按照計算機軟件設定的結構精密成型的技術。一般將墨水材料(ink)存儲在一個溫度可控的料筒中，噴頭與料筒相連并安裝在一個三軸CNC定位臺上，由壓力控制給料的微噴頭(micronozzle)將材料噴出，根據材料的固化方式選擇不同的固化工藝將噴出的墨水材料進行固化成型。只要具有合適的流變性能和一定的保形性，各種材料均可以設計成打印墨水用于此種造型方式，其打印出來的絲徑范圍從百納米到毫米之間，細絲可以橫跨較大的空隙，甚至可以空間自由成型，完成其他加工技術難以完成的加工任務。

3D直寫成型技術是一種新型的無模成型技術，該技術借助計算機輔助設計和精密機械，精確控制懸浮液的沉積，通過逐層疊加的方式制備簡單三維周期結構和含跨度(無支撐)或具有很大高寬比的復雜三維結構。與其他快速成型方法相比，直寫成型技術具有顯著優勢：1)成型過程無需模具，生產周期短、效率高、成本低；2)可根據需求便捷地改變樣品的形狀和尺寸，生產靈活，控制精確；3)原材料種類多樣化，有無機非金屬、金屬和有機聚合物等；4)可制備生物、光學、電子等領域的功能材料，甚至是活體細胞。

與傳統的材料加工技術完全不同，3D直寫具有仿真性強、速度快，價格便宜，高易用性等優點，是對傳統制造業的顛覆性變革。但是，作為一種尚不成熟的技術，3D直寫的科學技術研究還處于起步階段，有關這方面的研究和文獻報道較少，在國內尚未見到有關文獻報道。而且，3D直寫打印墨水需從精細的噴嘴中流出而不發生堵塞，并且可以迅速固化成具有一定強度的細絲用于各種造型；因此，3D直寫打印墨水必須同時具備剪切致稀性和粘彈性，如彈性模量超過損耗模量。一般來說，用于超細尺度打印的墨水在切應變速率為20-200S^-1時粘度約為10-100Pa·S。