[发明专利]一种水溶性光固化3D打印支撑材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种水溶性光固化3D打印支撑材料及其制备方法，该支撑材料组合物的重量百分含量为：紫外光固化单体44~58%，溶剂40~52%，光引发剂0.4~2%，阻聚剂0.1~1%，表面活性剂1~3%；本发明制备的水溶性光固化3D打印支撑材料，固化后的支撑材料具有较高的水溶性和较短的溶解时间，力学性能好，可以起到有效的支撑作用。零件成型后，支撑材料易于去除，去除后不会对零件的表面造成损伤。

技术领域

本发明属于3D打印高分子材料领域，尤其涉及含有丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯酰胺的紫外光固化支撑材料及其制备方法。

技术背景

3D打印技术，根据其成型特点又称之为增材制造，源自于19世纪末期美国研究的照相雕塑和地貌成形技术。进入21世纪以来3D打印技术及其应用得到了迅猛发展，目前已被广泛应用在航空航天、生物医药、工业制造和个性化消费等诸多领域。3D打印技术可以分为三类：(1)粘接材料3D打印技术；(2)光敏树脂3D打印技术；(3)熔融材料的3D打印技术。其中光固化3D打印技术融合了喷射成型和光固化成型，兼备两种工艺的主要优点，是3D打印中成型精度最高、成型速率较快的一种，也是当前发展最为迅猛的一种。

光固化3D打印技术又称为光敏材料3D打印技术，是一种使用光敏树脂作为打印耗材的3D打印技术的总称。根据具体工艺的不同，常用的光固化材料3D打印技术主要有三种：(1)光固化成型技术(SLA)；(2)数字光处理投影技术(DLP)；(3)聚合物喷射技术(PolyJet)。聚合物喷射技术作为最先进的光固化3D打印技术，具有成型精度高(16μm的层分辨率以及0.1mm的精度)、质量好、清洁简单及高效等优点。

聚合物喷射技术材料由实体材料和支撑材料共同组成，其中负责构建零件实体部分的材料称之为实体材料；而在建造某些结构比较复杂的零件时(如含有空腔、悬空)，需要喷射支撑材料填充零件的空腔和悬空部分，以支撑实体材料液滴，辅助实体材料成型。因此支撑材料直接影响零件的成型精度和表面质量，是聚合物喷射技术的关键性材料。在辅助实体材料打印成型后，支撑材料需从零件上去除，同时保证实体零件的尺寸和性能不受影响。目前，国内对于光固化3D打印支撑材料的研究报道很少，市场上仅有国外几个公司售价昂贵的支撑材料，支撑材料作为一种耗材，价格过高会制约其使用。

目前市售成熟的3D打印支撑材料溶解性较好，但是力学性能较差,主要表现为拉伸强度低，难以在一些特殊成型过程中起到有效的支撑作用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种可用于聚合物喷射技术的水溶性光固化3D打印支撑材料及其制备方法，该支撑材料通过引入高吸水性树脂，达到了缩短溶解时间的目的，并兼具高溶解度和优异的力学性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种水溶性光固化3D打印支撑材料及其制备方法，所述的支撑材料的组成成分及重量组成为：以重量百分比计：

本申请中，所述的紫外光固化单体为：丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯酰胺、聚乙二醇400丙烯酸双酯，4种紫外光固化单体的相对质量比优选为1.11:4.32:5:16。因为-COO-、-COONa和-COONH₂基团具有很强的吸水性，所以丙烯酸、丙烯酸钠和丙烯酰胺常用来制备高吸水树脂，3种单体发生聚合反应，形成无规共聚物。-COONH₂为非离子亲水基团对自来水具有很强的吸附能力，而支撑材料主要是靠自来水溶解去除，所以在支撑材料中加入丙烯酰胺单体，引入-COONH₂基团，增加材料对自来水的吸收能力。聚乙二醇400丙烯酸双酯具有很好的亲水性和亲油性，并且具有两个C＝C双键，在聚合反应时可充当交联剂的作用，提高支撑材料的力学性能。