一种3D打印材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种制备3D打印的核心材料的方法，该方法在制备3D打印材料时，在光敏树脂单体、光敏树脂预聚物、光引发剂、终止剂中加入功能化纳米粒子及颜色添加剂等，制得的3D打印材料的流动性和成型速度与国产3D打印机相匹配，并解决了3D打印材料强度低、着色困难等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印材料的制备方法
本专利技术涉及材料化学领域，特别涉及一种3D打印材料的制备方法。
技术介绍
3D打印被誉为颠覆传统制造业的又一次工业革命。它的成型过程是：先由软件设计出所需要的计算机三维曲面或实体模型，然后根据工艺要求，将其按一定的厚度进行分层，把原来的三维电子模型变成二维平面信息，再将分层后的数据进行一定的处理，输入加工参数，产生数控代码：在微机控制下，数控系统以平面加工方式有序地连续加工出每个薄层并使它们自动粘接成型。3D打印技术在国内仍处于起步阶段，生产成本高，无国产商业产品，目前国内厂家均从国外购买材料，不仅价格昂贵，其与我国生产的3D打印机存在流动性匹配和成型性匹配的问题，同时，现有3D打印材料也存在着强度不够，着色性差的问题，因此亟待开发一种与我国生产的3D打印机流动性、成型性较为匹配，同时具有足够强度和着色性的3D打印材料。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术人经锐意研究，结果发现，以光敏树脂聚合物单体与光敏树脂预聚体的混合物为基质，向其中加入光引发剂、终止剂、功能化纳米粒子、颜色添加剂和增溶剂，混合后制得的3D打印材料解决了其流动性匹配和成型速度与3D打印机匹配的技术难题，同时解决了目前市售3D打印材料强度低、着色困难等问题，综合改善了3D打印材料的强度、流动性和脱模性等性能，并降低了3D打印材料的成本。本专利技术的目的在于提供以下几方面：第一方面，本专利技术提供一种3D打印材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备预聚物：将光敏树脂聚合物单体、光引发剂和终止剂溶于溶剂中，在一定温度下进行预聚反应制得光敏树脂预聚物，使得预聚物的粘度为100～50000cps；(2)将(1)制得的光敏树脂预聚物与光敏树脂聚合物单体、光引发剂、终止剂、功能化纳米粒子、颜色添加剂混合，在一定温度下聚合，制得3D打印材料，使得3D打印材料的粘度为1～10000cps。第二方面，本专利技术还提供上述制备方法，其特征在于，步骤(1)中还加入交联剂，步骤(1)中所用溶剂包括芳香烃类溶剂、脂肪烃类溶剂、脂环烃类溶剂、卤化烃类溶剂、醇类溶剂、醚类溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂、二醇衍生物和/或含氮溶剂，优选为苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、戊烷、己烷、辛烷、环己烷、环己酮、甲苯环己酮、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、氯仿、全氯乙烯、三氯乙烯、甲醇、乙醇、异丙醇、乙醚、环氧丙烷、乙烯乙二醇醚、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙腈、吡啶、苯酚和/或三乙醇胺。第三方面，本专利技术还提供上述制备方法，其特征在于，步骤(1)中预聚反应在温度为30℃～200℃下进行，优选为50℃～150℃，更优选为60℃～120℃。第四方面，本专利技术还提供上述制备方法，其特征在于，步骤(2)中还加入交联剂和增溶剂，与光敏树脂预聚物、光敏树脂聚合物单体、光引发剂、终止剂、功能化纳米粒子和颜色添加剂混合。第五方面，本专利技术还提供上述制备方法，其特征在于，所用原料包括以下重量配比的组分，第六方面，本专利技术还提供上述制备方法，其特征在于，所述功能化纳米粒子的粒径为1nm～100μm，其包括金属氧化物颗粒、盐类颗粒、含硅化合物颗粒和纳米金属粉末中的一种或多种，其中，所述金属氧化物颗粒包括纳米氧化铝、纳米氧化镁、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米氧化钡、纳米氧化锶、纳米稀土氧化物、纳米氧化锰、纳米氧化铁、纳米氧化钴、纳米氧化镍、纳米氧化铜、纳米氧化亚铜、纳米氧化银、纳米氧化铬、纳米氧化钼、纳米氧化钨和纳米氧化钙；所述盐类颗粒中阳离子元素选自稀土元素、钛元素、铁元素、钙元素、镁元素、锶元素、铝元素、锌元素、钡元素、锰元素、钴元素、镍元素、铜元素、银元素、铬元素、钼元素、钨元素、锂元素、钠元素和钾元素；所述盐类颗粒中阴离子选自磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根、碳酸根、碳酸氢根、硅酸根、硫酸根、氯离子、硫离子、硝酸根、甲酸根和醋酸根；所述含硅化合物包括纳米硅氧化物、纳米硅酸盐和硅酸；所述纳米金属粉末包括纳米级金属单质、多种纳米级金属单质的混合物和纳米级合金粉末，优选为纳米铁粉、纳米铜粉、纳米锌粉、纳米铝粉、纳米稀土粉、纳米钛粉、纳米锰粉、纳米镍粉、纳米银粉、纳米金粉、纳米钼粉、纳米钛合金和纳米铝合金中的一种或多种混合物。第七方面，本专利技术还提供上述制备方法，其特征在于，颜色添加剂包括天然无机颜色添加剂和人造颜色添加剂，其中，天然无机颜色添加剂如烟黑、白垩、朱砂、红土、雄黄和天然氧化铁等；人造颜色添加剂选自金属氧化物类颜色添加剂和盐类颜色添加剂，优选为金属氧化物类颜色添加剂、铬酸盐类颜色添加剂、碳酸盐类颜色添加剂、硫酸盐类颜色添加剂、硫化物类颜色添加剂、硝酸盐类颜色添加剂和醋酸盐类颜色添加剂。第八方面，本专利技术还提供上述制备方法，其特征在于，所述光敏树脂聚合物单体选自：环氧丙烯酸酯类化合物单体、甲基丙烯酸酯类化合物单体和丙烯酸聚氨酯类化合物单体；所述光敏树脂聚合物预聚体选自：聚合度为5～1000的环氧丙烯酸酯类聚合物、聚合度为5～1000的甲基丙烯酸酯类聚合物和聚合度为5～1000的丙烯酸聚氨酯类聚合物。第九方面，本专利技术还提供上述制备方法，其特征在于，所述光引发剂选自：苯偶姻及其衍生物、苯偶酰类化合物、烷基苯酮类化合物、酰基磷氧化物、二苯甲酮类化合物、硫杂蒽酮类化合物、盐类化合物、金属有机物类和有机硅烷类化合物；所述终止剂选自：醌类化合物、硝基化合物、亚硝基化合物、芳基多羟基化合物和含硫化合物，优选为对苯二酚、对叔丁基邻苯二酚、木焦油、二甲基二硫代氨基甲酸钠、多硫化钠及亚硝酸钠；所述交联剂为蜜胺-甲醛交联剂、氮丙啶类交联剂、聚碳化二亚胺类交联剂、多异氰酸类交联剂、环氧烷类交联剂、金属离子交联剂和环氧树脂类交联剂。第十方面，本专利技术还提供上述制备方法，其特征在于，所述增溶剂为表面活性剂，包括阳离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂中至少一种，优选为，伯胺盐表面活性剂、仲胺盐表面活性剂、季铵盐表面活性剂和叔胺盐表面活性剂、杂环类表面活性剂、鎓盐型表面活性剂、卵磷脂表面活性剂、氨基酸型表面活性剂、甜菜碱型表面活性剂、脂肪酸甘油酯表面活性剂、司盘系列表面活性剂、吐温系列表面活性剂。附图说明图1示出3D打印材料的制备流程图。具体实施方式以下通过具体实施例来进一步描述本专利技术。本专利技术的特点和优点会随着这些描述而变得更为清楚。但是，这些实施例仅仅是范例性的，用于解释说明本专利技术，但并不对本专利技术的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解，在不违背本专利技术的精神和范围情况下，可以在细节方面对本专利技术进行修饰和/或改变和/或等价替换，这些修饰/修改/替换均应落入本专利技术所请求保护的范围内。本专利技术中所用术语“聚合度”是指聚合物分子链中的结构单元(即，光敏树脂聚合物单体单元)的个数。本专利技术中所用术语“粘度”是指布氏粘度。本专利技术人经过大量研究发现，光敏树脂预聚物的粘度较大，流动速度慢，降低了3D打印的速度，而光敏树脂聚合物单体的粘度较小，其流动性增强，但以光敏树脂聚合物单体为原料进行聚合，3D打印时固化时间长，而且在3D打印过程中还可能引发不必要的聚合，因此，单纯使用光敏树脂预聚物或光敏树脂聚合物单体均不能满足3D打印机对3D打印材料流动速度和固化速度的要求；而且，现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备预聚物：将光敏树脂聚合物单体、光引发剂和终止剂溶于溶剂中，在一定温度下进行预聚反应制得光敏树脂预聚物，使得预聚物的粘度为100～50000cps；(2)将(1)制得的光敏树脂预聚物与光敏树脂聚合物单体、光引发剂、终止剂、功能化纳米粒子、颜色添加剂混合，在一定温度下聚合，制得3D打印材料，使得3D打印材料的粘度为1～10000cps。

【技术特征摘要】
2014.01.03 CN 20141000313491.一种3D打印材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备预聚物：将光敏树脂聚合物单体、光引发剂和终止剂溶于溶剂中，在30℃～200℃的温度下进行预聚反应制得光敏树脂预聚物，使得预聚物的粘度为100～50000cps，所用溶剂包括芳香烃类溶剂、脂肪烃类溶剂、脂环烃类溶剂、卤化烃类溶剂、醇类溶剂、醚类溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂、二醇衍生物和/或含氮溶剂；(2)将(1)制得的光敏树脂预聚物与光敏树脂聚合物单体、光引发剂、终止剂、功能化纳米粒子、颜色添加剂混合，在一定温度下聚合，制得3D打印材料，使得3D打印材料的粘度为1～10000cps。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中还加入交联剂，步骤(1)中所用溶剂为苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、戊烷、己烷、辛烷、环己烷、环己酮、甲苯环己酮、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、氯仿、全氯乙烯、三氯乙烯、甲醇、乙醇、异丙醇、乙醚、环氧丙烷、乙烯乙二醇醚、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙腈、吡啶、苯酚和/或三乙醇胺。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中预聚反应在温度为50℃～150℃下进行。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中预聚反应在温度为60℃～120℃下进行。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中还加入交联剂和增溶剂，与光敏树脂预聚物、光敏树脂聚合物单体、光引发剂、终止剂、功能化纳米粒子和颜色添加剂混合。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所用原料包括以下重量配比的组分，7.根据权利要求1～6之一所述的制备方法，其特征在于，所述功能化纳米粒子的粒径为1nm～100μm，其包括金属氧化物颗粒、盐类颗粒、含硅化合物颗粒和纳米金属粉末中的一种或多种，其中，所述金属氧化物颗粒包括纳米氧化铝、纳米氧化镁、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米氧化钡、纳米氧化锶、纳米稀土氧化物、纳米氧化锰、纳米氧化铁、纳米氧化钴、纳米氧化镍、纳米氧化铜、纳米氧化亚铜、纳米氧化银、纳米氧化铬、纳米氧化钼、纳米氧化钨和纳米氧化钙；所述盐类颗粒中阳离子元素选自稀土元素、钛元素、铁元素、钙元素、镁元素、锶元素、铝元素、锌元素、钡元素、锰元素、钴元素、镍元素、铜元素、银元素、铬元素、钼元素、钨元素、锂元素、钠元素和钾元素；所述盐类颗粒中阴离子选自磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根、碳酸根、碳酸氢根、硅酸根、硫酸根、氯...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毓海，陈静，
申请(专利权)人：刘毓海，陈静，
类型：发明
国别省市：北京;11