[发明专利]一种嵌入式基质及基于该基质的3D打印方法

说明书

本发明提供一种嵌入式基质及基于该基质的3D打印方法，所述嵌入式基质包括以下组分：液体石蜡、纳米级气相二氧化硅和乳化剂；其中，所述纳米级气相二氧化硅的用量为液体石蜡质量的13‑17％；所述乳化剂的用量为液体石蜡质量的0.05‑0.2％。本发明提供的3D打印方法无需额外打印支撑件，仍具有较优的表面质量及结构精度，本发明简化工艺，降低成本，易于实施，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种嵌入式基质及基于该基质的3D打印方法。

背景技术

3D打印作为一种快速定制成形技术，今年来发展迅速，相比较于传统加工方式，3D打印技术可高效制造复杂的立体结构，甚至异形结构。常见的3D打印方法根据其加工原理可分为熔融沉积成形(FDM)，粉末选择性激光烧结(SLS)和光敏树脂选择性固化(SLA)。这几种3D打印方法都是采用层层叠加的方式成形出立体的结构及复杂的内腔结构。但是此种由下向上层层叠加模式，在打印悬梁臂结构时，易由于下部结构的悬空导致结构塌陷，现有技术一般在三维模型设计及路径规划时在悬空角度小于42°的区域增加支撑件以防止塌陷。增加支撑件的方法有以下缺点：

支撑件直接与产品相连接，去除时需要切割等机加工手段，会破坏产品表面质量，且支撑件难以完全去除，影响产品精度。

支撑件在为复杂结构及内腔做支撑时，往往由于空间结构受限，难以进行后处理，甚至无法进行去除。

支撑件往往与产品采用同一材料，在实现某些结构时往往会使用大量的支撑件保证打印的成功进行，支撑件的使用后会被去除，从而造成大量的材料的浪费。

发明内容

为此，本发明提供一种嵌入式基质及基于该基质的3D打印方法。

具体而言，本发明首先提供一种嵌入式基质，包括以下组分：液体石蜡、纳米级气相二氧化硅和乳化剂；其中，所述纳米级气相二氧化硅的用量为液体石蜡质量的13-17％；所述乳化剂的用量为液体石蜡质量的0.05-0.2％。

本发明发现，以液体石蜡为嵌入式基质的主体成分，添加上述用量的纳米级气相二氧化硅和乳化剂，能够大幅改善液体石蜡的疏水性、流动性及保形性，确保基于该基质材料的3D打印方法无需额外打印支撑件，仍具有较优的表面质量及结构精度。如果纳米级气相二氧化硅的用量超过17％，会导致基质的粘度过高，流动性变差，在打印头插入基质内打印过程中，若打印头外壁直径过大，或打印头移动速度较快，基质难以迅速补充至打印头之前运动过的位置，造成空腔或更严重的基质无法恢复的变形；若用量少于13％，基质会有非常小的粘度，及非常差的支撑作用，打印出的亲水性金属浆料会由于重力作用沉降。

作为优选，所述乳化剂选自司盘80和/或司盘85；

和/或，所述纳米级气相二氧化硅的粒径为500nm以下；本发明发现，若纳米级气相二氧化硅的粒径大于500nm，所得嵌入式基质难以在粘度与支撑性上达到一个合适的范围。

和/或，所述纳米级气相二氧化硅为疏水性气相二氧化硅。

本发明化提供一种制备上述嵌入式基质的方法，包括以下步骤：将所述液体石蜡、纳米级气相二氧化硅和乳化剂混合均匀，即得。

本发明还提供一种基于上述的嵌入式基质的3D打印方法，将挤出式3D打印针头置于嵌入式基质中，以金属浆料或陶瓷浆料为打印材料，进行3D打印。

本发明进一步发现，将挤出式3D打印针头置于嵌入式基质中，金属浆料或陶瓷浆料通过针头挤出于基质中，针头按照设计路径移动，即可成形复杂的三维结构。由于嵌入式基质疏水性及与浆料不溶性，挤出的浆料不会溶解于基质中，而是保持在原位置；嵌入式基质的流动性及保形性，针管所经过路径会被嵌入式基质迅速填充，使基质保持无空隙状态，基质将从各个方向支撑打印出的结构使其不会塌陷变形。进而在3D打印过程中，无需额外打印支撑件，挤出的浆料仍可保持路径规划所走形貌，具有较高的结构精度。