[发明专利]水固化3D打印方法及装置

说明书

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种水固化3D打印方法及装置。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，物料遇水固化，制备出实体。本发明是一种新型水固化3D打印方法，能够应用在生产生活各个领域；无温度光照等条件的限制，以见水固化材料为浆料主要成分，只需遇水便可固化成型，制备出任意复杂形状的实体，操作简便快捷；无需加热、节能降耗，且水固化3D打印过程无污染，常温下操作，简便易行，绿色经济，本发明还提供一种水固化3D打印装置。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种水固化3D打印方法及装置。

背景技术

与传统制造业对原材料去除-切削、组装的加工模式不同，3D打印是一种自下而上通过材料累加的制造方法，这使得过去受到传统制造方式的约束而无法实现的复杂结构件制造变为可能。且3D打印在制造过程中不需要模具，也无需翻模。3D打印技术的核心思想是将材料逐层沉积或叠加，最终获得数字化图纸绘制的三维立体构件。其基本原理为：数字分层-物理层积，即首先对被打印对象建立数字模型并进行数字分层，获得每层的、二维的加工路径或轨迹，然后选择合适的材料及相应的工艺方式，在上述获得的每层二维数字路径驱动下，逐层打印，并最终累积制造出被打印的对象。

目前比较成熟的3D打印方法有光固化成型技术(SLA和DLP)、熔融沉积成型技术(FDM)、激光选区烧结技术(SLS)和喷墨打印成型技术(IJP)。其中，SLA和DLP技术成型精度高，但因受光固化原理的限制，难以实现深色浆料的打印；FDM技术需将丝状材料加热融化，对材料要求较高，打印材料熔点相对较低，很难实现高沸点无机材料的打印。SLS技术需要大功率激光器能耗高，且设备昂贵，主要打印金属粉体，对更高沸点的无机材料的打印成型也是很难实现。IJP技术在打印薄膜类器件上有很大优势，但在制备复杂几何构型的高长径比的器件方面有很大难度。

发明内容

针对光固化成型技术、熔融沉积成型技术、激光选区烧结技术和喷墨打印成型技术等3D打印方法的不足，本发明的目的是提供一种水固化3D打印方法，无材料限制、无温度光照等条件的限制、无需加热、节能降耗，常温下操作，简便易行，无污染，绿色经济，有广阔发展前景；本发明还提供一种水固化3D打印装置。

本发明所述的水固化3D打印方法，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。

水固化材料为单分子聚氨酯类材料、硅酸盐类材料、水基高分子聚合物中的一种或多种。

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0.10-0.11MPa、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1.4-1.6h，再加入抗氧化剂、紫外线吸收剂，保温反应1-1.1h，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。

其中：聚乙二醇的相对分子质量为1000，选择此相对分子质量的聚乙二醇，使浆料粘度适宜打印。