[发明专利]一种石膏基3D打印材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种石膏基3D打印材料及其制备方法，该石膏基3D打印材料，由壳材结构和固化在壳材结构内部的芯材结构组成；壳材结构由光敏树脂体系在3D打印过程中经紫外光照射固化形成；芯材结构由石膏体系在3D打印过程中经红外线辐射固化形成；光敏树脂体系和石膏体系在3D打印过程中同轴挤出。本发明的石膏基3D打印材料以受紫外光照射固化的光敏树脂体系作为壳材结构，以受红外线辐射固化的石膏体系作为芯材结构，且采用同轴挤出的方法同时挤出光敏树脂体系和石膏体系，极大地提升了传统纯石膏挤出凝结后的层间强度，并在三维结构尤其是Z轴方向上能实现更好的堆积性，同时，光引发固化与红外热致固化的结合，可大大提高打印精度。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种石膏基3D打印材料及其制备方法。

背景技术

3D打印技术即三维快速成型打印，通过数字模型的输入，以及对立体图形的分层离散处理，拥有挤出、粉末床、液体床、光固化等多种成型方式。3D打印技术涉及材料科学、信息处理、机电控制等多学科的交叉，通过计算机对模型尺寸的准确绘制和3D打印机的程序控制来实现无差定位和精准成型。并且在建筑、交通、医疗等行业都有广阔的应用前景，是21世纪的新兴产业计划。

目前，有机高分子类材料具有耐磨、可塑性强和打印精度高等优点，但其拉伸强度和热变形温度低使得应用具有很大的局限性；金属材料力学性能和化学性能优异，材料昂贵、普遍自重大且对温度要求较高提升了打印难度；无机非金属材料石膏来源广、价格低廉、力学强度和生物相容性好，但在石膏基3D打印挤出成型的过程中容易出现堆积性差、打印精度低和固化后层间粘结强度低等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种石膏基3D打印材料，以解决现有石膏基3D打印材料在挤出成型过程中堆积性差、打印精度低、固化后层间粘结强度低的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种石膏基3D打印材料，由壳材结构和固化在所述壳材结构内部的芯材结构组成；所述壳材结构由光敏树脂体系在3D打印过程中经紫外光照射固化形成；所述芯材结构由石膏体系在3D打印过程中经红外线辐射固化形成；所述光敏树脂体系和所述石膏体系在3D打印过程中同轴挤出。

可选地，按重量份计，所述光敏树脂体系包括以下组分：光敏树脂基体：30-50份，光引发剂：0.1-1.2份，紫外线阻断剂：0.05-1.0份，活性稀释剂：15-25份，低聚物：35-45份，树脂-石膏界面改性剂：0.6-6.0份。

可选地，所述光敏树脂基体为丙烯酸酯预聚物；所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦；所述紫外线阻断剂为2，5-双(5-叔丁基-2-苯并恶唑)噻吩；所述活性稀释剂为2-丙烯酸-2-[[(丁基氨基)-羰基]氧代]乙酯；所述低聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯中的一种；所述树脂-石膏界面改性剂为硅烷偶联剂、液体铝酸酯偶联剂中的一种。

可选地，所述丙烯酸酯预聚物对红外线的透过率为80％-90％。

可选地，按重量份计，所述石膏体系包括以下组分：石膏：50-70份，水：15-30份，石膏缓凝剂：0.1-5.0份，石膏增稠保水剂：0.5-6.0份，石膏触变剂：1.0-8.0份，石膏红外吸热剂：1.0-6.0份，石膏热致速凝剂：0.8-6.0份。

可选地，所述石膏为α-半水石膏；所述石膏缓凝剂为偏磷酸钠、柠檬酸、蛋白类复合缓凝剂中的一种或多种；所述石膏增稠保水剂为甲基纤维素、糊精、膨润土中的一种或多种；所述石膏触变剂为凹凸棒土、亲水性气相纳米二氧化硅、淀粉醚中的一种或多种；所述石膏红外吸热剂为炭黑、氧化石墨烯中的一种或多种；所述石膏热致速凝剂为硫代硫酸钾、硫代硫酸钠中的一种。

可选地，所述石膏红外吸热剂对红外波长光源的吸收率≥95％。

本发明的第二目的在于提供一种制备上述石膏基3D打印材料的方法，该制备方法包括以下步骤：