[发明专利]一种三维打印用快速成型材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维打印用快速成型材料，由改性石膏基粉末材料及用于使粉末材料成型的水性粘结剂两种组分构成，所述改性石膏基粉末材料由70～85%石膏粉、5～15%多糖凝胶颗粒、5～10%海藻酸钠和0.5～5%添加剂组成，水性粘结剂为含有高价阳离子的水溶液。本发明的三维打印用快速成型材料硬化速度快、成型精度高，制成的打印制件抗压强度高、耐水性好，可以在医疗模型制作、工业模具制造、建筑设计等领域获得应用。

技术领域

本发明属于三维打印技术领域，涉及一种三维打印快速成型材料，以及该材料的制备方法。

背景技术

现代科技迅速发展，社会对生产效率日益重视，生产制造企业必须在尽可能短的研发周期内设计出满足更多要求且性价比更高的产品，以期在激烈市场竞争中抢得先机。采用传统制造工艺开发试制新产品，需要多名高水平的技术工人配合使用多种机械加工设备和工具，不但成本高而且周期长，难以适应迅速发展的市场要求。

三维打印快速成型（Three Dimension Printing，3DP）工艺基于液滴喷射技术实现粘结剂的选择性喷射，将粉末成型材料凝结成二维截面，重复此过程，将各个截面堆积并重叠粘结在一起，能够迅速将设计的产品从三维CAD数据转化为具有一定结构和功能的全彩实体原型或模具，从而可以对产品进行快速准确的修改、分析和评价，大大缩短产品的制造周期，降低了企业的研发成本。

3DP技术已经广泛应用于医学模型制造、个性化产品定制、高级工艺品制造、建筑设计等领域。3DP技术目前能够支持多种材料类型，如陶瓷、塑料、石膏、金属或复合材料等。其中，石膏粉末具有成型速度快、成型精度高、成本低廉、无毒环保、适合模型验证等优点，是3DP技术最具市场前景的成型材料。

对于普通石膏粉末而言，虽然其遇水可以硬化，但硬化时间需要7～8min，自身硬化速度过慢，无法在最短时间提供一定的强度支撑以保证模具的局部成型，影响3DP技术快速成型的工作效率及打印制件的精度。此外，由于3DP技术是通过喷射粘结剂将粉末层层粘结而成型，打印制件表面和内部存在大量的孔隙，抗压强度小于2MPa，使用受到严重限制。

CN 1850694A公开了一种三维喷涂粘结用石膏基材料体系及其制备方法，其制备的材料精度高，尺寸变形小，但存在耐水性差和强度不足的缺点，同时仍然需要对该材料制备的打印制件进行后处理。

CN 103992088A公开了一种用于三维打印的快速成型粉末及其制备方法与应用，其向石膏基粉末材料中加入热塑性树脂等遇热呈熔融态的粉末，再通过后处理加热打印制件的方式提高强度，但是石膏粉体的硬化速度较慢，难以保证打印制件的精度。

CN 103709917A公开了一种用于三维打印器件的后处理液及其制备方法和应用，其通过将三维打印器件依次在两种后处理液中浸泡后再取出加热处理，可以有效提高器件的强度，但是操作步骤非常繁琐，需要将器件先后在两种处理液中浸泡才能起到增强效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种硬化速度快、成型精度高、打印制件抗压强度高的三维打印用快速成型材料。

提供所述三维打印用快速成型材料的制备方法和使用方法，是本发明的另一发明目的。

本发明所述的三维打印用快速成型材料是由改性石膏基粉末材料，以及用于使所述粉末材料成型的水性粘结剂两种组分构成的。

其中，所述的改性石膏基粉末材料是由石膏粉、多糖凝胶颗粒、海藻酸钠和添加剂组成的，所述各组分的质量百分含量为：

石膏粉　　　　　　　70～85%

多糖凝胶颗粒　　　　5～15%

海藻酸钠　　　　　　5～10%

添加剂　　　　　　　0.5～5%。