[发明专利]一种用于3D打印的高强速凝聚合物膏状材料及制备方法

说明书

本发明属于3D打印材料的技术领域，提供了一种用于3D打印的高强速凝聚合物膏状材料及制备方法。该方法制备磺酸基共聚凝胶的前躯体，在凝胶形成过程中加入碳酸钙晶须，得到的复合凝胶与聚合物粉末、低熔点热敏蜡与MS胶的固化剂混合物、液体增粘剂混合，制得用于3D打印的高强速凝聚合物膏状材料。与传统方法相比，本发明的制备的聚合物膏状材料用于3D打印时，溶剂挥发速度快，打印坯体固化速度，强度高，可有效避免坍塌，显著提升了打印效率和打印精度，并且实用性强，打印效果好，可广泛用于3D打印领域。

技术领域

本发明属于3D打印材料的技术领域，提供了一种用于3D打印的高强速凝聚合物膏状材料及制备方法。

背景技术

3D打印是指运用计算机软件设计出立体的加工样式然后通过特定的成型设备用液化、粉末化、丝化的固体材料逐层打印出产品，与传统的减材制造不同。3D打印技术属于增材制造，其无需原胚和磨具，就能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生产形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产品的研发周期，提高效率并降低成本。可见，3D打印是一种依托信息技术、精密机械和材料科学等多学科交叉的高新技术。

3D打印材料是3D打印技术发展的重要物质基础，在某种程度上材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用。目前3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等。除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印领域得到了应用。

通常不同的打印工艺其选择的材料和成型方法也有所不同，常用的粉末状3D打印材料的粒径为1-100ｕm不等；而为了使粉末保持良好的流动性,一般要求粉末要具有高球形度；同时具有氧及其他杂质含量低、粒度均匀可控、致密性好、结合强度高等特点。目前研究并发展的聚合物膏状材料受到人们的关注，该类膏状物是将聚合物、溶剂和任选的助剂混合制成的，然后使用所得膏状物进行3D打印，其中在前一层的溶剂挥发后再打印上一层。目前这类打印材料研究的主要课题是打印效率和打印精度的提高。

目前国内外在3D打印材料，尤其是高强、速凝3D打印膏状材料方面已取得了一定成效。其中李韬等人发明了一种膏状快速成型的3D打印材料（中国发明专利申请号201611106435.X），由以下原料构成：胶凝材料、石膏、填料、颜料、减水剂、纤维素醚、早强剂、消泡剂、胶粉；与现有技术相比，此发明具有如下的有益效果：达到了在3D没有出料打印之前既有一定的存放成膏状时间，从3D打印头挤出在出料后能够快速的干燥并固化成型，使膏状材料不至于塌落而无法完成堆积、叠加而形成高强度、高附着力的3D打印效果。另外，黄仲佳等人发明了一种光固化3D打印材料及其制备方法（中国发明专利申请号201611049408.3），制备方法包括：将邻苯二甲酸二烯丙酯和引发剂混合，加热反应后得到预聚液；将预聚液、1-羟基环己基苯甲酮和光敏树脂混合加热，经光固化成型后得到所述光固化3D打印材料；解决了普通的光固化打印材料，长时间存放后粘度会上升，材料易变质，大大影响了其储存性能的问题。

可见，现有技术中的用于3D打印的聚合物膏状材料存在溶剂的挥发速度慢等问题，导致打印坯体固化慢，强度不足而易坍塌，从而影响打印效率和打印精度，制约其发展和应用。

发明内容

针对这种情况，我们提出一种用于3D打印的高强速凝聚合物膏状材料及制备方法，在磺酸基共聚凝胶的前躯体中加入碳酸钙晶须，随着凝胶的生成将晶须负载于其中，再与聚合物粉末、低熔点热敏蜡与MS胶的固化剂混合物、液体增粘剂等在高速混合机进行分散混合，制得高强、速凝膏状打印材料。其显著效果是利用含磺酸基团的凝胶与碳酸钙晶须的相互反应，将其搭载于凝胶内部进行分散，增强了晶须与聚合物基体间的相互作用，均匀分散的晶须对膏状打印材料起到支撑作用，在固化剂发挥作用前便提升了打印坯体的强度，避免坍塌，提升了打印效率和打印精度。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：