[發明專利]一種石膏基熱致固化3D打印材料及其成型方法

有效

• 申請號: 201810529189.1
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108424101B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 黃健;王寬;黃昊;冷金越;郅真真;馬保國;蹇守衛;李相國;譚洪波
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C04B28/14
• 分類號: C04B28/14;B33Y70/00;B33Y10/00
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 崔友明;劉洋<國際申請>=<國際公布>=

本發明公開了一種石膏基熱致固化3D打印材料及其成型方法。其按照重量份數計如下：流變改性劑0.01?1；緩凝劑0.5?10；吸熱劑0.5?10；熱致速凝劑0.01?5；石膏60?70；水20?30份。所述的流變改性劑為親水性納米二氧化硅、聚乙二醇的一種或兩種的混合；所述緩凝劑為聚羧酸類表面活性劑；本發明石膏基熱致固化3D打印材料，在熱致速凝劑的參與下，其固化時間由原來石膏粉末3D打印機的幾分鐘級到十幾分鐘縮短至幾秒鐘，并且硬化后能達到高強石膏的強度。在熱致速凝劑和緩凝劑共同作用下，使得石膏固化時間具有可操控性，在紅外激光束的作用下，使得產品的打印精度可調控。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，具體涉及一種石膏基熱致固化3D打印材料及其成型方法。

背景技術

3D打印技術又被稱為增材制造技術，是快速成型領域里的一項新興技術，它是一種以數字文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構建物體的技術。3D打印技術的通過幾年的更新迭代，逐漸趨于成熟，但是材料成為了其進一步發展的阻礙，常見的打印材料如：熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末以及樹脂等高分子材料，目前石膏無機材料成為其研究的熱點。

但無機打印材料相對于一般的金屬、粘土、ABS和樹脂打印材料，有著其自身的先天的缺陷，其大多無機膠凝材料需要在有水的作用下才能產生膠凝作用。并且固化時間很長，這與快速增材制造的要求相違背。目前的石膏基3D打印技術多是以石膏粉末為基底，通過固化劑的噴涂逐層累加，不僅固化時間長，強度低，同時由于固化劑滲透的不可控性，造成了精度的損失很大。

發明內容

本發明的目的就是針對石膏作為其打印材料的不足之處提供一種石膏基熱致固化3D打印材料及其成型方法，本發明制備工藝相對簡單、反應條件容易控制，對生產設備要求較低。

為達到上述目的，采用技術方案如下：

一種石膏基熱致固化3D打印材料，包括以下成分：流變改性劑、緩凝劑、吸熱劑、熱致速凝劑、石膏及水；

其按照重量份數計如下：流變改性劑0.01-1；緩凝劑0.5-10；吸熱劑0.5-10；熱致速凝劑0.01-5；石膏60-70；水20-30份。

按上述方案，所述的流變改性劑為親水性納米二氧化硅、聚乙二醇的一種或兩種的混合；所述的親水性納米二氧化硅其粒徑為5-40nm；所述的聚乙二醇分子量為62-600。

按上述方案，所述緩凝劑為聚羧酸類表面活性劑；其支鏈為聚氧乙烯基醚，主鏈為聚羧酸，分子量為10000-100000；酸醚的摩爾比為1-20。

按上述方案，所述的吸熱劑為紅外吸收率高于95％的氧化石墨烯和水溶性炭黑中的一種或混合。

按上述方案，所述的熱致速凝劑為硫代硫酸鉀、硫代硫酸鈉、烏洛托品中的一種或或任意混合。

按上述方案，所述的石膏為α半水石膏。

上述石膏基熱致固化3D打印材料的成型方法，包括以下步驟：

1)將所述石膏基熱致固化3D打印材料通過蠕動泵計量灌注于打印料漿槽；

2)紅外激光束透過底板對需固化部位進行照射，固化界面的上石膏基熱致固化3D打印材料的受熱激發后，吸熱劑迅速吸熱升溫，局部激發熱致速凝劑快速分解生成速凝組分，從而使受熱部位石膏迅速凝結固化形成打印成型層；

3)可動成型臺提升后，未固化的石膏基熱致固化3D打印材料迅速填充底板與打印成型層之間的縫隙；

4)循環步驟2)步驟3)至打印制品打印完畢，打印制品整體提升脫離料漿槽，打印料漿槽中漿體通過蠕動泵清除，并灌注清洗液，打印過程結束。