[发明专利]水固化3D打印方法及装置

权利要求书

1.一种水固化3D打印方法，其特征在于：以水固化材料或掺杂有水固化材料的浆料为原料，将原料装填至3D打印机料筒中，使用三维绘图软件设计并绘制预打印实物模型，控制3D打印机将料筒内物料挤出，遇水固化，制备出实体；

包括以下步骤：

（1）以水固化材料为浆料或将水固化材料在溶剂中搅拌溶解得到浆料，将浆料装填至3D打印机料筒中；

（2）使用三维绘图软件设计并绘制预打印实物模型，通过3D打印软件切片分层，利用3D打印机分层打印；

（3）将3D打印机料筒中的浆料通过压力挤出方式从物料喷头中挤出，并在成型平台上通过遇水固化形成素坯；

步骤（1）中水固化材料为单分子聚氨酯类材料、硅酸盐类材料、铝酸盐类材料、水基高分子聚合物中的一种或多种；

步骤（1）中将水固化材料在溶剂中搅拌溶解，溶剂为甲醇、乙醇或n-甲基吡咯烷酮，同时在浆料中添加无机粉体制备出膏状浆料，无机粉体为氢氧化钙、磷酸四钙或磷酸氢钙。

2.根据权利要求1所述的水固化3D打印方法，其特征在于：单分子聚氨酯类材料的制备方法为：

（1）将聚乙二醇、KOH加入到反应瓶中，在真空度为0.10-0.11 MPa、温度为100-102℃的油浴条件下脱水，降温至68-70℃；抽真空及氮气置换反应瓶，以除尽反应瓶内的空气；保持该温度不变，在氮气保护的条件下，缓慢滴加环氧丙烷，滴加完毕后继续反应直至无回流现象，冷却至室温，得粗多元醇；

（2）向步骤（1）得到的粗多元醇中加入二氯甲烷，利用真空抽滤装置，用硅藻土代替滤纸以除去KOH，调节pH为5±0.2，并加入干燥剂氯化钙浓缩得到多元醇；

（3）将步骤（2）得到的多元醇加入到反应瓶中，升高温度至48-50 ℃的条件下，加入二月桂酸二丁基锡催化剂、二苯甲烷二异氰酸酯，反应1.4-1.6 h，再加入抗氧化剂、紫外线吸收剂，保温反应1-1.1 h，降低温度至室温，加入丁酮，得到端基为-NCO基团的聚氨酯预聚体；

（4）将步骤（3）所得的聚氨酯预聚体与水混合，制得亲水性单组份水固化聚氨酯。

3.根据权利要求2所述的水固化3D打印方法，其特征在于：聚乙二醇的相对分子质量为1000；聚乙二醇、KOH、环氧丙烷、二月桂酸二丁基锡催化剂、二苯甲烷二异氰酸酯的质量比为40：0.40-0.42：3.0-3.02：0.20-0.21：0.60-0.62。

4.根据权利要求1所述的水固化3D打印方法，其特征在于：硅酸盐类材料的制备方法为：将粒径小于10 µm的硅酸三钙35-40重量份、氢氧化钙5-5.5重量份、磷酸四钙3-3.5重量份、磷酸氢钙5-5.5重量份、羟基磷灰石4-4.5重量份、羟丁基壳聚糖8-8.5重量份、五氧化二钽5-5.5重量份、二氧化锆5-5.5重量份混合，溶于27-29重量份的水溶性硅油中，在球磨机中进行10-14小时的球磨混合，得到硅酸盐类材料。

5.根据权利要求1所述的水固化3D打印方法，其特征在于：水基高分子聚合物是聚醚砜；掺杂有水固化材料的浆料为：以乙醇为溶剂，将氧化镍和氧化钇稳定氧化锆按质量比70:30混合，在240 rpm的转速下球磨12-13小时，将球磨后的浆料烘干筛分后得到阳极粉体；将上述阳极粉体、聚醚砜和n-甲基吡咯烷酮按照质量比为7.9-8.1：1.0：3.0-3.1机械搅拌，得到掺杂有水固化材料的浆料。

6.根据权利要求1所述的水固化3D打印方法，其特征在于：将步骤（3）得到的素胚经后期处理，得到实物；后期处理包括热处理或对器件浸渍涂覆得到实体，热处理为脱脂或烧结。

7.一种实现权利要求1-6任一所述的水固化3D打印方法的装置，其特征在于：包括料筒（2），料筒（2）设置在外壳（1）上，料筒（2）通过输送管道（3）连接喷嘴（4），喷嘴（4）下方设置升降平台（5），升降平台（5）位于水槽（6）内部，喷嘴（4）连接滑杆，滑杆连接驱动装置。