[发明专利]一种基于近红外光聚合的墨水直写三维打印的方法

说明书

本发明涉及一种基于近红外光聚合的墨水直写三维打印的方法技术，属于材料加工技术领域。所述方法为：直写喷头在三维空间中运动或静止，墨水从直写喷头中被挤出，在接受近红外光的照射，固化后完成三维物体成型，并且固化时间t不超过近红外光直径d_l与墨水挤出速度v_i比值，即t≤d_l/v_i。由于近红外光具有较好的介质穿透性，在成型中能穿透结构促进内外部均达到较高的固化程度，从而能够实现跨尺度结构的3D打印，并且本发明所提供的方法精准的控制了墨水被固化过程，从而实现DIW阵列式3D结构的实时固化。

技术领域

本发明涉及一种基于近红外光聚合的墨水直写三维打印的方法技术，属于材料加工技术领域。

背景技术

当前3D打印技术主要面向于金属材料、陶瓷材料以及聚合物材料；其中聚合物材料的3D打印成型方式通常通过热辅助或光辅助进行。直写技术(DIW，Direct Ink Writing)常用作3D打印的实施方法，可利用热固性或光固性3D打印油墨实现增材制造，在微结构成型、智能器件制备等领域已有大量应用。

当前基于DIW的3D打印使用的油墨通常为热固化型或紫外光(UV)固化型。其中对于热固化型油墨，当成型大直径特征尺寸的线条或大体积形体中，由于油墨自身重力影响，结构容易出现缺陷或塌陷，因而热固化型油墨受限于小尺寸3D打印中应用。

而另一方面，对于光固化型油墨，当前通常使用紫外光(UV)或蓝光作为光源配合DIW进行实时固化，然而由于这些光波长较短，穿透力较弱，辐照大直径特征尺寸线条中易造成线芯部分固化程度较低而不利于机械性能；此外由于光源难以同时覆盖多个结构并快速固化，因而紫外光固化型难以实现DIW阵列式打印以提高打印效率。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种基于近红外光聚合的墨水直写三维打印的方法，所述方法为：直写喷头在三维空间中运动或静止，墨水从直写喷头中被挤出，在接受近红外光的照射，固化后完成三维物体成型，并且固化时间t不超过近红外光直径d_l与浆料挤出速度v_i比值，即t≤d_l/v_i。

在一种实施方式中，所述直写喷头的运动速度为0～5.0mm/s，所述直写喷头的直径范围为0.1μm～10㎝。

在一种实施方式中，所述墨水的组成包括可光聚合树脂、可光聚合单体、光引发剂、上转换材料、触变剂、填料。

在一种实施方式中，所述墨水的组成如下：

可光聚合树脂0-80wt％、可光聚合单体0-80wt.％、光引发剂0.5-6wt％、上转换材料0.5-5wt％、触变剂0-30wt.％、填料2-30wt％。

在一种实施方式中，所述墨水的流变性能要满足：弹性模量G’为损耗模量G”的0.5～5

倍，即0.5G”≤G’≤5G”。

在一种实施方式中，所述挤出墨水的作用力为压力，所述压力不超过800kPa。

在一种实施方式中，所述近红外激光为光束或光斑，并且光斑或光束位于直写喷头1厘米空间内。

在一种实施方式中，所述近红外激光的功率为0-50W，波段范围为700-2000nm。

在一种实施方式中，所述可光聚合树脂包括含丙烯酸酯双键的树脂、含乙烯基醚双键的树脂、含环氧基团的树脂，优选为含丙烯酸酯双键的树脂；

可光聚合单体包括单官能丙烯酸酯类单体、双官丙烯酸酯类单体、多官能丙烯酸酯类单体、乙烯基醚类单体、酯环族环氧类单体、氧杂环丁烷类单体中的一种或多种；