[发明专利]一种彩色3D打印材料及其应用

说明书

本发明提供了一种低体积收缩率、高精度、高固化速率、黏度和表面张力适宜的彩色3D打印材料，其包括以下组分：环氧树脂预聚物，聚合单体，光敏剂A，光敏剂B，着色剂，助剂。所述的光敏剂A的分子式如下：其中Rf是碳原子数1‑4的氟代烷基，R1为碳原子数2‑6的烃基，1≤n≤5；所述的光敏剂B为选自烷基硫杂蒽酮中的一种或多种；其中阳离子固化体系，以光敏剂敏化促进阳离子引发剂分解，有效提高阳离子体系的固化速度，并使得阳离子引发剂的吸收波长延长。并且本发明的打印材料制备方法简单，以其高固化速率、适宜的黏度、表面张力和较低的体积收缩率，使UV‑LED喷墨获得了高精度、阶调层次丰富的彩色三维实体材料。

技术领域

本发明涉及打印领域，特别涉及彩色3D打印材料领域。

背景技术

随着3D打印的发展，单一色彩已经不能满足用户的个性化产品设计需求，对于多色打印、混色打印、全彩色打印的需求越来越大。彩色3D打印成为了各类增材制造的研究热点。具有丰富色彩的3D打印技术可以直接获得多彩的产品外形，不需要后加工上色，在教育医疗、艺术文物、地质测绘等方面有着广泛的应用。不仅大大的缩短了加工流程，而且提高了性能。目前的彩色3D打印材料研究依然存在着打印速度慢、价格昂贵等问题，性能良好的彩色3D打印材料被国外公司垄断，导致该材料价格高居不下。因此，研发出性能优良、价格低廉的彩色3D打印材料对彩色3D打印的国产化有着十分重要的意义。

UV-LED喷墨打印是能够实现彩色3D打印的有效方式之一。UV-LED喷墨打印的原理是基于紫外光的固化反应，彩色的光固化材料经喷头形成液滴，喷射在基底或底层材料表面，经UV-LED光的辐射瞬间固化，从液态转变为固态，经层层叠加形成三维实体。

传统印刷的颜色再现是根据网点的复制，以CMYK四色油墨通过不同大小的网点的并列与叠加，从而形成色彩鲜艳的颜色；把传统印刷的颜色再现方式运用到三维空间中，从而实现空间上的网点并列与叠加，以实现彩色三维实体的打印。

UV-LED固化能耗更低、发热量小、不产生臭氧、使用寿命长，更加环保。因此以UV-LED喷墨打印技术制备三维材料实体技术是一种绿色环保的成型技术，并且能够通过有限种类的彩色打印材料实现阶调层次丰富的彩色三维实体。

现有技术中对3D打印材料做了一系列的研究，例如：

专利CN108299602A提供了一种3D打印用紫外光固化高透光材料组合物、用于所述组合物的预聚物、以及制备方法，所述组合物包括预聚物、稀释剂、光引发剂，其中，所述预聚物为包括低聚物和有机硅的混合杂化溶胶。采用其提供的技术方案制备得到的3D打印用紫外光固化高透光材料的透光率高、雾度低、光学性能好，可应用于透明工艺品以及光学器件的3D打印技术。该技术缺陷在于：其产生的体积收缩率较大，达到4％-9％。

专利CN109517440A提供了一种三维打印材料及其制备方法和应用。三维打印材料包括色浆15-25份，自由基单体40-75份，自由基预聚物2-4份，自由基光引发剂8-12份，阳离子单体4-8份，阳离子预聚物0.2-3份，阳离子引发剂0.5-2份，活性胺1-4份，流平剂0.2-2份。制备方法：单体和分散剂混合均匀后加入颜料，搅拌预分散然后研磨得到色浆；将各原料混合搅拌均匀过滤得到三维打印材料。三维打印材料的应用，用于UV-LED喷墨打印技术进行三维打印。其缺点在于，使用的光引发剂使用量高。其中自由基光引发剂用量8-12份，阳离子光引发剂0.5-2份，换算成百分比相当于引发剂含量为6％～19％。

刘海涛等(一种光固化3DP实体材料树脂，《高分子材料科学与工程》，2009年7月，第25卷第7期)公开了一种光固化3DP实体材料树脂，探究了苄醇促进剂的活化单体机理和自由基诱导鎓盐光解加速脂环族环氧和氧杂环丁烷光固化速率的机理。材料包括以下组分：三甘醇而乙烯基醚、引发剂ITX、引发剂UVI6976、3,4-二甲氧基苄醇、三丙二醇单甲醚、蓝色颜料、润湿分散剂168。该技术的缺陷是，工作温度较高，需要55℃，且常温下黏度较高，达到了90mPa·s。