[发明专利]3D打印石膏油墨及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印材料技术领域，涉及一种3D打印用石膏材料，本发明还涉及该石膏材料的制备方法。

背景技术

3D打印（3DPrinting）技术，也被称为增材制造技术，一种在三维数字模型的基础上，用粉末状金属或者塑料等可黏合材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合。3D打印技术具有广阔发展前景的快速制造技术，不仅被誉为制造业的一场革命，也被认为是“第三次工业革命的重要标志之一”。

经过多年的发展，我国3D打印技术与世界先进水平基本同步，在高性能复杂大型金属承力构件增材制造等部分技术领域已达到国际先进水平，成功研制出光固化立体造型术（SLA），电子束熔融成型（EBM），熔融沉积成形（FDM），激光选区烧结（SLS），三维印刷（3DP）等。3D打印技术及产品已经初步开始应用在航空航天和生物医疗，文化创意和教育，汽车等领域。随着生物3D打印技术的发展，在医学领域的应用逐渐广泛，可打印的生物材料种类繁多，其中包括无机材料、生物医用高分子材料、水凝胶的材料、活细胞。活细胞的打印其好处在于细胞损伤率很低，细胞存活率很高。打印特点包括精确度高，空间大，集成度好，操作简便等。

3D打印技术相比于传统的生产制造业，它具有如下一些不可比拟的优势：第一，3D打印技术可以提高产品的研发水平和设计能力。传统的工业产品往往需要先开磨具，然后才能做出样品。而应用3D打印技术，不需要开磨具，这就可以大大降低产品的制作时间和成本。并且无论多么复杂的工艺产品，均可通过3D打印技术短时间内制造出来，从而提高了产品设计的创新能力；第二，3D打印可以一体化成型。传统工业生产都是建立在组装线基础之上，需要工人将生产出来的零部件进行拼装。而通过3D打印技术生产出来的产品都是一体化成型，无需组装，减少了组装所耗费的时间和成本；第三，它可以减少废弃的副产品。传统的加工浪费了大量的原材料，而3D打印可以减少对材料的浪费，并且随着打印材料的进步，使得3D打印向着“净成型”方向发展；第四，操作简单方便。培养一名合格的生产技术人员需要好几年的时间，而3D打印机所需要的技能却简单很多，不需要进行专门的培训，并且能够在远程和极端的环境下进行生产；第五，精确的制造技术。3D打印可以精确的定位材料，创建出更细致优化的实体。发展3D打印产业对我国具有重要战略意义，它不仅可以提高我国工业领域的研发水平，有助于攻克技术难关，还能够促成新的经济增长点，推动我国由“工业大国”向“工业强国”的转变。

3D打印技术本身并无神秘之处，说到底就是一个材料堆积叠加的过程，但想找到符合此项技术特点的材料却是个难点。普通打印机所需要的材料只是墨水和纸张，但3D打印机的耗材却主要是胶状物或粉状物，而且还需要经过特殊的处理，并且对材料的固化反应速度也有很高的要求。如现有3D打印技术多使用ABS、人造橡胶、塑料、沙子、铸蜡和聚酯热塑性塑料等材料，这些材料多为粉末或者黏稠的液体，而这主要是由3D打印的固化方式所决定的。

从某种程度上说，3D打印技术发展的核心不在于打印，而是在于材料。只有新材料技术发展了，3D打印技术才能进一步实用化，打印出真正实用的物品，否则离现实还是很遥远。目前，我国具备生产3D打印材料能力的企业较少，大部分3D打印材料依赖进口，特别是金属粉末材料严重受制于他国。这是因为3D打印对金属材料的要求较高，而我国制造满足这些要求的金属材料技术还不过关。此外，与美国、德国等3D打印材料技术比较成熟的国家相比，我国3D打印材料质量不稳定、品种较为单一，部分研发的实验材料也依赖进口。除此之外，材料成本高昂。3D打印材料制造成本高是目前存在的普遍问题。由于3D打印材料种类有限、材料专用性较强、下游应用市场还没有完全培育起来，所以现阶段3D打印材料无法实现规模化生产，生产成本居高不下。

与其他快速成型技术相比，石膏材料是一种绿色环保的无机胶凝材料，凝结时间迅速可控，完全可以作为3D打印等增材制造技术的原材料。不但大大降低模型制造的生产成本，通过采用合适的后处理方式，还可使成型件强度高、不易变形，可以在某些场合替代现有的塑料和树脂模型，作为概念原型、功能测试原型、模具和实体零件使用，而且与其他类型的材料相比，石膏不受生产厂家的限制，产量大且价格相对便宜。