[发明专利]一种利用3D打印技术制备超疏水木材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体涉及利用3D打印技术制备超疏水木材的领域。

背景技术

3D打印，又称积层制造，属于快速成形技术的一种，它是一种通过读取数字模型文件，直接制造几乎任意形状三维实体的技术。3D打印技术使得模型或者零部件的生产、制作无需考虑生产工艺问题，可以快速打印出实物模型，从而缩短产品生产周期。因此，其在航天航海、生物医药、建筑设计、制造业等都有广阔的应用前景。

木材来源丰富，环保可再生，易于加工，广泛应用于社会经济建设与人类生活环境中。但木材由于其主要成分如纤维素、半纤维素等含有大量的吸水基团，表现出极强的吸水性，木材吸水后又容易被菌虫侵蚀、腐朽，产生尺寸变形等破坏，严重降低木材使用价值，限制使用范围，缩短使用寿命，导致木材资源大量浪费。如果赋予木材超疏水特性将显著提高木材的疏水能力，延长其使用寿命，节约木材资源，从而有利于环境保护。而现有的木材超疏水处理方法都需要复杂的工艺过程，处理周期长，成本高，如果能通过利用3D打印技术获得具有超疏水特性的木材，这对于本领域技术人员来说将具有革命性意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种利用3D打印技术制备超疏水木材的方法，该方法工艺简单、可大面积生产。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种利用3D打印技术制备超疏水木材的方法，包括以下步骤：

（1）以自然界中或人工构建的超疏水表面为模板，采用扫描电子显微镜对超疏水表面进行扫描，将扫描图片导入绘图软件获得三维结构模型图；

（2）将无机或有机纳米粒子分散于含低表面能有机物的溶液中进行改性处理，然后离心分离回收改性后的无机或有机纳米粒子，干燥，用作打印原料；

（3）锯切待处理木材，制得表面平整、光滑的锯材，然后在锯材表面涂刷一层树脂或胶粘剂胶膜，对涂胶后的木材进行预干；

（4）将上述三维结构模型图导入3D打印机（3D打印机可使用“喷墨”的方式。即使用打印机喷头将一层极薄的配置好的混合溶液喷涂基材上，此涂层然后被置于紫外线下进行处理。之后基材下降极小的距离，以供下一层堆叠上来，还可使用 “熔积成型”的技术，在喷头内装入配置好的混合液，然后通过沉积混合溶液的方式形成薄层。还可使用 “激光烧结”技术，将配置好的混合溶液喷撒在铸模托盘上形成一层极薄层，熔铸成指定形状，然后由喷出的液态粘合剂进行固化），以改性处理后的纳米粒子作为打印原料，对预干后的木材各个表面分别进行3D打印（3D打印过程即在基材上逐层构建微纳米结构的过程，通过将导入的模型切割成极薄层，甚至到单个粒子尺寸，然后通过累积打印，在基材将这些薄层堆积在基材上，最终形成类模型结构），对打印后制得的木材进行固化，即得到超疏水木材。

上述的制备超疏水木材的方法中，优选的，所述自然界中的超疏水表面为拥有超疏水特性的植物或昆虫表面。

上述的制备超疏水木材的方法中，优选的，所述超疏水表面为荷叶表面或芋头叶表面。

上述的制备超疏水木材的方法中，优选的，所述无机纳米粒子为直径为100~300nm的SiO₂、TiO₂或ZnO中的一种或多种混合纳米粒子，所述有机纳米粒子为聚苯乙烯或聚四氟乙烯纳米粒子。

上述的制备超疏水木材的方法中，优选的，所述含低表面能有机物的溶液中，其溶质为硬脂酸、乙烯基三乙氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷或十八烷基三氯硅烷，溶剂为溶解前述溶质的醇类或醛类有机溶剂，溶质的质量分数为2%~10%。

上述的制备超疏水木材的方法中，优选的，所述改性处理过程中的温度为30~80℃，处理时间为1~4h，改性处理过程中同时利用超声波进行分散。

上述的制备超疏水木材的方法中，优选的，所述干燥为真空干燥，温度为40~80℃，时间为2~10h；所述树脂为酚醛树脂或环氧树脂，所述涂刷的方式为喷涂、辊涂或滴涂。

上述的制备超疏水木材的方法中，优选的，所述3D打印机设有一喷射孔，所述喷射孔装有孔径为10~100μm的喷嘴，且喷射时使用空气对打印原料加压，压力为0.2~0.7MPa。使喷射浓度及微粒释放量可控，分散均匀，最小每层打印厚度可达10μm。

上述的制备超疏水木材的方法中，优选的，所述喷嘴与木材间距离精度为10μm，所述喷嘴的平移精度为5μm。