[发明专利]一种利用微球给3D打印产品着色的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种给3D打印产品着色的方法，尤其涉及一种利用微球给3D打印产品着色的方法。

背景技术

3D打印技术是一种快速成型技术，它是一种以三维数字模型或其他电子数据为基础，运用粉末状金属或高分子化合物等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造三维产品的技术。3D打印技术能够将规模化大生产演变为若干个体，抛弃传统机床、模型模具，打破集约化生产的传统模式。目前，3D打印技术在服装、汽车、飞机、建筑、电动汽车与发电机、武器、医药(医疗器械，生物打印)、电脑和机器人，以及太空等工业领域都实现了批量应用，同时也展现出了巨大的发展潜力和前景。

3D打印根据材料与打印方法可以分为多个类型，如根据打印机类型可以分为熔融挤压型、金属线路型、颗粒型、粉末喷墨针头型、层积型和光聚合型。目前实现彩色3D打印的方法主要是在原料或者打印机上面下功夫，即通过在挤出型打印原料高聚物里面添加有色颜料，或者是在打印机中添加后续的实现染色的功能部件。实现3D打印成品彩色化对于拓展其应用空间和加快3D打印产业化具有重要的意义。

结构色是一种物理生色机制，是通过光与微观结构发生干涉、衍射、散射等一系列相互作用而形成颜色的现象。不同于染料、颜料等色素发色机制，结构色只要微观结构不被破坏，就能保持永不褪色。同时，它避免了化学染色带来的环境污染，在印染、化妆品、显示材料等领域具有广阔的应用前景。

现有3D打印的成品大多颜色单一，而且能够实现在原料中添加颜料的打印方法很少，目前使用较多的是在热融堆积成型法中使用一些预着色的高聚物。对于一些其他方法如光固化3D打印，原料颜色非常单一，颜料的添加有可能会破坏3D打印的光固化过程，造成最终产品的结构不稳定或缺陷。这些不易实现打印、着色一步到位的材料或技术就需要后续的着色工艺。为此，找到一种简便快速的着色方法对于实现3D打印材料染色具有重要意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供了一种雾化微球分散液给3D打印产品着色的方法。

本发明的一种利用微球给3D打印产品着色的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将聚苯乙烯(PS)微球、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)微球、二氧化硅(SiO₂)微球、由聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲脂为基体修饰的微球分散于水中，并加入水性粘合剂，形成一定浓度的微球的水分散液，浓度没有特定要求，优选微球浓度为2-10％。

(2)通过超声式或压缩空气式雾化器将微球的水分散液雾化成雾气，并将待染色的3D打印产品置于所述雾气中雾化，雾化时间可调。

(3)为避免3D打印产品表面有大量水汽冷凝，每隔3-5min将其放在40-60℃的烘箱中烘干雾化后的3D打印产品，重复几次，即可在3D打印产品表面形成结构色涂层，如果颜色较淡，可以再次雾化，可以根据需要反复雾化、烘干若干次，以达到比较好的效果。

进一步的，步骤(1)中，所述微球直径为100-400nm。

进一步的，步骤(1)中，所述基体修饰为接枝、共聚和羟基化中的一种或几种。

进一步的，步骤(1)中，所述水性粘合剂为聚乙烯醇(PVA)、明胶、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚丙烯酸酯(PA)中的一种或几种。

进一步的，步骤(1)中，所述水性粘合剂占微球质量的2-20％。

进一步的，步骤(2)中，雾化时间10-40min。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明提出一种直接雾化胶体微球水分散液的方法，使纳米微球能够均匀分散到3D打印产品表面形成短程有序，长程无序的结构，呈现出鲜艳的颜色。这种方法快速而高效，不需要平整的基底，而可以在任意不规则表面上快速堆积，可以对暴露在蒸汽中的所有面实现同步着色。通过在胶体微球中添加PVA等粘合剂可以保证纳米微球的涂层保持较好的机械强度。同时该方法成本低廉，简便易行，在对3D打印成品进行着色等领域具有广阔的应用前景。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的实施例1中使用SiO₂微球水分散液给3D打印产品染色流程示意图，以及未染色的3D打印产品图(左下角)；