[发明专利]一种石膏基热致固化3D打印材料及其成型方法

说明书

本发明公开了一种石膏基热致固化3D打印材料及其成型方法。其按照重量份数计如下：流变改性剂0.01‑1；缓凝剂0.5‑10；吸热剂0.5‑10；热致速凝剂0.01‑5；石膏60‑70；水20‑30份。所述的流变改性剂为亲水性纳米二氧化硅、聚乙二醇的一种或两种的混合；所述缓凝剂为聚羧酸类表面活性剂；本发明石膏基热致固化3D打印材料，在热致速凝剂的参与下，其固化时间由原来石膏粉末3D打印机的几分钟级到十几分钟缩短至几秒钟，并且硬化后能达到高强石膏的强度。在热致速凝剂和缓凝剂共同作用下，使得石膏固化时间具有可操控性，在红外激光束的作用下，使得产品的打印精度可调控。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种石膏基热致固化3D打印材料及其成型方法。

背景技术

3D打印技术又被称为增材制造技术，是快速成型领域里的一项新兴技术，它是一种以数字文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构建物体的技术。3D打印技术的通过几年的更新迭代，逐渐趋于成熟，但是材料成为了其进一步发展的阻碍，常见的打印材料如：热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末以及树脂等高分子材料，目前石膏无机材料成为其研究的热点。

但无机打印材料相对于一般的金属、粘土、ABS和树脂打印材料，有着其自身的先天的缺陷，其大多无机胶凝材料需要在有水的作用下才能产生胶凝作用。并且固化时间很长，这与快速增材制造的要求相违背。目前的石膏基3D打印技术多是以石膏粉末为基底，通过固化剂的喷涂逐层累加，不仅固化时间长，强度低，同时由于固化剂渗透的不可控性，造成了精度的损失很大。

发明内容

本发明的目的就是针对石膏作为其打印材料的不足之处提供一种石膏基热致固化3D打印材料及其成型方法，本发明制备工艺相对简单、反应条件容易控制，对生产设备要求较低。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种石膏基热致固化3D打印材料，包括以下成分：流变改性剂、缓凝剂、吸热剂、热致速凝剂、石膏及水；

其按照重量份数计如下：流变改性剂0.01-1；缓凝剂0.5-10；吸热剂0.5-10；热致速凝剂0.01-5；石膏60-70；水20-30份。

按上述方案，所述的流变改性剂为亲水性纳米二氧化硅、聚乙二醇的一种或两种的混合；所述的亲水性纳米二氧化硅其粒径为5-40nm；所述的聚乙二醇分子量为62-600。

按上述方案，所述缓凝剂为聚羧酸类表面活性剂；其支链为聚氧乙烯基醚，主链为聚羧酸，分子量为10000-100000；酸醚的摩尔比为1-20。

按上述方案，所述的吸热剂为红外吸收率高于95％的氧化石墨烯和水溶性炭黑中的一种或混合。

按上述方案，所述的热致速凝剂为硫代硫酸钾、硫代硫酸钠、乌洛托品中的一种或或任意混合。

按上述方案，所述的石膏为α半水石膏。

上述石膏基热致固化3D打印材料的成型方法，包括以下步骤：

1)将所述石膏基热致固化3D打印材料通过蠕动泵计量灌注于打印料浆槽；

2)红外激光束透过底板对需固化部位进行照射，固化界面的上石膏基热致固化3D打印材料的受热激发后，吸热剂迅速吸热升温，局部激发热致速凝剂快速分解生成速凝组分，从而使受热部位石膏迅速凝结固化形成打印成型层；

3)可动成型台提升后，未固化的石膏基热致固化3D打印材料迅速填充底板与打印成型层之间的缝隙；

4)循环步骤2)步骤3)至打印制品打印完毕，打印制品整体提升脱离料浆槽，打印料浆槽中浆体通过蠕动泵清除，并灌注清洗液，打印过程结束。