[發明專利]一種基于等流變特性的全支撐水凝膠3D打印方法

有效

• 申請號: 201910284498.1
• 申請日: 2019-04-10
• 公開（公告）號: CN110103463B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 臧劍鋒;周成;羊佑舟;化征
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B29C64/124
• 分類號: B29C64/124;B29C64/20;B29C64/40;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y70/10;C08F251/00;C08F222/38;C08F220/56
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發明屬于3D打印技術領域，更具體地，涉及一種基于等流變特性的全支撐水凝膠3D打印方法。其以海藻酸鈉和丙烯酰胺雙網絡水凝膠作為打印材料，以鈣離子交聯的海藻酸鈉水凝膠為打印支撐，利用支撐材料與打印原材料在同一交聯條件下具有不同的交聯程度，且所述打印原材料成膠后所述支撐材料仍保持黏彈性流體狀態，將支撐材料擠出即得到水凝膠。打印得到的水凝膠結構穩定，且方法實現容易，易操作，可連續、穩定、均勻打印復雜懸空三維形狀的水凝膠模型，由此解決現有水凝膠3D打印技術中的低精度和復雜懸空結構不易打印的技術問題。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，更具體地，涉及一種基于等流變特性的全支撐水凝膠3D打印方法。

背景技術

3D打印技術是增材制造技術的一種，可實現快速成形。3D打印機以數字模型文件為基礎，通過計算機數據模型與快速自動成型系統相結合，實現層層粘合來制造三維的物體，現階段3D打印技術發展迅速，被廣泛應用于各個場合。水凝膠因其高含水量和類似于細胞外基質的特點，是3D生物打印和人工器官制備的首選基材，從而成為化學、材料和生命醫學領域研究的熱點。

但是，由于水凝膠流變特性，以及不易固化，目前在打印水凝膠的3D打印方面存在很多不足，難以滿足3D打印所要求的高打印精度、快速成型和高力學性能等苛刻條件。例如現有技術CN 107139447 A公開了一種3D打印海藻酸鈉水凝膠的方法，利用注射器擠出方式控制水凝膠擠出量，在含有氯化鈣的水溶液中打印，利用水支撐打印模型，同時與鈣離子交聯，在打印過程中交聯固化得到水凝膠，雖然可以實現打印交聯同時進行，但是由于海藻酸鈉與鈣離子接觸是不均勻的，得到的交聯效果不顯著，很難得到韌性較好的海藻酸鈉水凝膠。另外，在鈣離子水溶液中打印雖然可以起到支撐的作用，但是打印頭移動過程中產生的擾動水波會嚴重影響打印精度，大大降低了3D打印的效果。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于等流變特性的全支撐水凝膠3D打印方法，其以海藻酸鈉和丙烯酰胺雙網絡水凝膠作為打印材料，以鈣離子交聯的海藻酸鈉水凝膠為打印支撐，打印得到的水凝膠結構穩定，且方法實現容易，易操作，可連續、穩定、均勻打印復雜懸空三維形狀的水凝膠模型，由此解決現有水凝膠3D打印技術中的低精度和復雜懸空結構不易打印的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于等流變特性的全支撐水凝膠3D打印方法，包括如下步驟：

(1)打印原材料置于3D打印第一擠出頭中，支撐材料置于3D打印第二擠出頭中；

(2)根據所述打印原材料的粘度，向所述支撐材料中加入納米粘土，以使得所述打印原材料和所述支撐材料具有等流變特性；

(3)采用雙擠出頭全支撐模式，按照待打印水凝膠模型的切片，在實體位置打印原材料，在空腔位置打印支撐材料，層層交替打印堆積后，獲得具有全支撐填充的水凝膠實體模型；

(4)將所述水凝膠實體模型置于光照下，輔以加熱，使所述打印原材料發生光交聯和熱交聯，所述支撐材料發生熱交聯，利用所述支撐材料與所述打印原材料在同一交聯條件下具有不同的交聯程度，且所述打印原材料固化成膠后，位于其空腔位置的所述支撐材料交聯后仍保持黏彈性流體狀態，將交聯的所述支撐材料與固化成膠的所述打印原材料分離即得到水凝膠模型。

優選地，以交聯的海藻酸鈉和丙烯酰胺雙網絡水凝膠作為3D打印原材料；以鈣離子交聯的海藻酸鈉作為支撐材料。

優選地，所述交聯的海藻酸鈉和丙烯酰胺雙網絡水凝膠按照如下方法獲得：

將含有N,N’-亞甲基二丙烯酰胺(MBAA)、亞甲基乙二胺和海藻酸鈉的溶液A與含有丙烯酰胺、二水合硫酸鈣以及過硫酸銨的溶液B，按照體積比1:1混合，得到交聯的海藻酸鈉和丙烯酰胺雙網絡水凝膠。