[发明专利]一种富有韧性的高粘结度3D打印成型材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印成型材料领域，具体涉及一种富有韧性的高粘结度3D打印成型材料及其制备方法。

背景技术

3D打印技术（Three Dimensions Printing，三维打印技术，3DP），是叠层制造（Additive Manufacturing，AM）技术的一种形式，其原理是通过向物品分层添加材料来创造出实物。叠层制造技术最早由ASTM国际标准组织（前身为美国测试和材料协会）标准化，但是叠层制造技术有3种不同的术语：立体平版印刷（Stereolithography），三维叠层制造（3-Dlayering）以及3D打印；其中3D打印由于最适合描述叠层制造技术及其产品而逐渐成为最常用的术语。

3D打印技术的原理类似于钟乳石的形成过程。溶洞中的已溶解了CaCO₃的水滴几千年不停地滴落，滴落于地的水滴析出CaCO₃并最终积累成不同形态的碳酸钙沉淀物（即钟乳石）。当然，不同于钟乳石的漫长堆积过程，3D打印技术由于依靠计算机软件和机械打印设备从而可以更容易、更快地生产出具有许多运动部件和复杂设计的物品。3D打印技术是智能化制造技术，主要过程是依靠计算机控制3D打印机按照最终物品的每一个横截面精确添加新的打印层。3D打印技术正稳步发展，最初被用来制造快速模型（Fastprototype），如今也大量应用于医疗设备、牙科器械，航空以及汽车制造行业，甚至还跨行进入到玩具、家具制造，艺术以及时尚等行业，并且在将来可能会进入千家万户。

Ian Gibson、David W.Rosen和Brent Stucker在《叠层制造技术：直接数字制造的快速成型》（Additive Manufacturing Technologies:Rapid Prototyping to Direct Digital Manufacturing）一书中详细阐述了叠层制造技术过程的两大步骤：（1）利用CAD软件通过使用某些材料的科学数据，建造出一个完整产品的三维虚拟CAD制图，并将CAD制图转换成标准镶嵌语言(standard tessellation language，STL)。（2）STL文件将所需打印的物体分割为一层层非常薄的横切面，然后通过计算机控制3D打印机工作。3D打印机在部件横切面涂敷一层粉末材料，同时以喷墨打印方式喷射出粘结剂，粉末材料在粘结剂的作用下粘结并凝固成部件横切面实体。如此反复，直至部件完全被打印出来。

3D打印技术在汽车、医疗、商业和工业设备、教育、建筑及消费品等行业获得很大的发展，其中最重要的应用场合之一是医疗行业，例如外科医生可应用3D打印技术制作出病人需要进行手术的身体部位或器官的实体模型。3D打印技术甚至在娱乐业、游戏以及电影业也逐渐获得广泛应用，例如艺术家可使用3D打印机将作品即时打印成型。3D打印技术可以即时展现三维效果，而且相关设备操作简单，技术要求低，便于人员掌握和使用；打印速度和成型速度快，可以节省时间；可以打印出组装好的产品，组装成本大大降低了。

3D打印技术在1986年于美国首次问世，并于20世纪90年代逐渐得到关注，但当时的应用主要局限在工程、建筑业和制造业等领域；但是当进入21世纪后，3D打印技术迅速获得广泛应用。2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机SpectrumZ510由美国ZCorp公司研制成功。2010年11月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。2011年6月6日，全球第一款3D打印的比基尼在奥斯卡颁奖晚会发布。2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台三维巧克力打印机。2011年8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。2012年7月，全球行业分析公司（GIA，Global Industry Analysts）发布报告称，预计3D打印技术仅3D打印机设备制造在2018年的业务额将达30亿美元，并成为全球最高形态的智能数字化制造技术之一。