一种光敏化3D打印耗材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种光敏化3D打印耗材及其制备方法，属于3D打印技术领域。所述打印耗材由溶液A和溶液B按0.5～3的体积比组成；溶液A由浓度为0.4

【技术实现步骤摘要】
一种光敏化3D打印耗材及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种光敏化3D打印耗材及其制备方法，属于3D打印


技术介绍

[0002]3D打印技术具有精细化制模，快速制造等优点，在制造业、生物医药、航空航天等领域有广泛的应用前景。3D打印的工作原理是利用三维数字模型为基础，将可打印材料逐层堆积打印并固化以实现三维物体的构筑。基于3D打印技术类型的不同，可将其分为立体光固化成型(SLA)、选择性激光烧结成型(SLS)、熔融沉积型(FDM)等多种类型。
[0003]其中，立体光固化成型(SLA)是利用光敏树脂受紫外光照射固化成型的原理实现3D打印。立体光固化成型的具体过程为：将光敏树脂注入箱体内，紫外光经过的轨迹会发生光固化反应，从而在刮板和光敏树脂间形成一层固体物质，逐层抬高刮板并反复进行紫外光扫描，最终在刮板上实现三维成型。
[0004]目前，可用于SLA技术的3D打印耗材通常为光敏树脂类高分子材料，这类耗材经过光固化后得到的三维模型为硬质材料。由于目前的3D打印耗材在打印成型后柔韧性的缺失，使其无法应用于柔性功能器件领域中，如柔性可穿戴压力传感器、柔性电子纹身等。
[0005]在柔性器件的制备领域，聚丙烯酰胺(PAM)是一种常用的材料，目前本领域在柔性器件中，通常追求打印出的材料(简称：打印件)的柔性和自愈合性，打印件这两个性能越高，意味着打印件的强度不足，如此会导致打印件容易断裂损坏。
[0006]因此，如何提供一种能够用于SLA技术且能够打印出具有良好柔性、自愈合性和强度的打印件的光敏化3D打印耗材，是本领域需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种光敏化3D打印耗材及其制备方法，所述打印耗材能够用于立体光固化成型(SLA)技术中，且打印固化成型后的器件不仅具有柔性和自愈合的性能，还具有良好的强度，可用作柔性拉力传感器。
[0008]为实现本专利技术的目的，提供以下技术方案。
[0009]一种光敏化3D打印耗材，由溶液A和溶液B按照(0.5～3):1的体积比组成；
[0010]所述溶液A由浓度为0.4g/mL～2g/mL的丙烯酰胺单体(AM)水溶液和光引发剂组成，所述光引发剂的质量为AM水溶液中AM质量的0.02％～1％；
[0011]所述溶液B由浓度为0.1g/mL～1g/mL的高分子聚合物水溶液和无机填充材料组成，所述无机填充材料的质量为所述高分子聚合物水溶液中高分子聚合物质量的0.1％～60％；
[0012]所述高分子聚合物为聚乙烯醇(PVA)或者聚丙烯酸(PAA)；所述PVA的平均分子量(Mw)为10000～300000；所述PAA的平均分子量(Mw)为3000～3000000；
[0013]所述光引发剂为2
‑
羟基
‑2‑
甲基苯丙酮、2
‑
羟基
‑4′‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮或者对二甲氨基苯甲酸异辛酯；
[0014]所述无机填充材料包括二氧化硅。
[0015]优选，溶液A的体积与溶液B的体积比为(0.7～2):1。
[0016]更优选，溶液A的体积与溶液B的体积比为(0.7～1.2):1；
[0017]所述丙烯酰胺单体(AM)水溶液中AM的浓度为0.8g/mL～1g/mL，所述光引发剂的质量为AM水溶液中AM质量的0.1％～0.3％；
[0018]所述高分子聚合物水溶液中高分子聚合物的浓度为0.3g/mL～0.8g/mL，所述无机填充材料的质量为所述高分子聚合物水溶液中高分子聚合物质量的3％～60％。
[0019]优选，所述无机填充材料还包括镍粉、金纳米颗粒和银纳米线中的一种以上。
[0020]更优选，所述无机填充材料由二氧化硅和镍粉组成，且二氧化硅的质量为所述高分子聚合物水溶液中的高分子聚合物质量的1％～10％，镍粉的质量为所述高分子聚合物水溶液中的高分子聚合物质量的5％～40％。
[0021]优选，所述光引发剂为2
‑
羟基
‑2‑
甲基苯丙酮或2
‑
羟基
‑4′‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮。
[0022]优选，所述镍粉的中值粒径(D
50
)为10nm～2μm。
[0023]优选，所述金纳米颗粒的中值粒径(D
50
)为10nm～500nm。
[0024]优选，所述银纳米线直径为20nm～300nm，长度为10μm～200μm。
[0025]优选，所述二氧化硅的中值粒径(D
50
)为10nm～300nm。
[0026]一种本专利技术所述的光敏化3D打印耗材的制备方法，所述方法的步骤如下：
[0027](1)配置所述丙烯酰胺单体(AM)水溶液，向所述AM水溶液中加入所述光引发剂，混合均匀，得到溶液A；
[0028](2)配置所述高分子聚合物水溶液，向所述高分子聚合物水溶液中加入所述无机填充材料，在25℃～50℃下混合均匀，得到溶液B；
[0029](3)将所述的溶液A和溶液B混合均匀后，进行脱泡处理，得到所述的光敏化3D打印耗材。
[0030]优选，步骤(2)中，采用搅拌的方式混合均匀，搅拌速率为200rpm～2000rpm。
[0031]有益效果
[0032](1)本专利技术提供了一种光敏化3D打印耗材，通过溶液A与溶液B的体积比，控制了3D打印耗材中各组分的含量，使获得的打印耗材不仅适用于SLA3D打印，还能够保证打印出的器件具有良好的柔性、自愈合性、强度等良好的综合性能。
[0033]关于柔性，所述3D打印耗材中的丙烯酰胺单体在光固化后形成的聚丙烯酰胺(PAM)，其与特定分子量的PVA或PAA聚合物分子相互交织形成弹性结构，因而打印得到的器件为具有高储能模量的弹性固体材料，因此，所述3D打印耗材可以用来打印具有拉伸性、弹性的柔性器件。
[0034]关于自愈合性，由于PVA、PAA高分子支链具有大量的羟基、羧基等含氢键的官能团，这些官能团与AM光固化反应得到的PAM的支链氨基存在强烈的氢键相互作用，因此，经过光固化打印成型后得到的材料具有强的自愈合能力(即自我修复能力)。
[0035]关于强度，所述3D打印耗材中所述高分子聚合物的用量不仅影响打印后的器件的自愈合性，还提高了打印后的器件的强度，使打印后的器件在应用过程中，不会出现撕裂的现象。并且，所述高分子聚合物的用量使得到的耗材适用于SLA3D打印。
[0036]所述3D打印耗材中的高分子聚合物的分子量，尤其是PVA的分子量，影响着3D打印耗材的粘度，如果粘度太低，则打印不成型，因此，本专利技术所述高分子聚合物的分子量既保证了打印得到的器件的自愈合性能，又能保证所述3D打印耗材能够用于SL本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光敏化3D打印耗材，其特征在于：所述打印耗材由溶液A和溶液B按照(0.5～3):1的体积比组成；所述溶液A由浓度为0.4g/mL～2g/mL的AM水溶液和光引发剂组成，所述光引发剂的质量为AM水溶液中AM质量的0.02％～1％；所述溶液B由浓度为0.1g/mL～1g/mL的高分子聚合物水溶液和无机填充材料组成，所述无机填充材料的质量为所述高分子聚合物水溶液中高分子聚合物质量的0.1％～60％；所述高分子聚合物为PVA或者PAA；所述PVA的平均分子量为10000～300000；所述PAA的平均分子量为3000～3000000；所述光引发剂为2
‑
羟基
‑2‑
甲基苯丙酮、2
‑
羟基
‑4′‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮或者对二甲氨基苯甲酸异辛酯；所述无机填充材料包括二氧化硅。2.根据权利要求1所述的一种光敏化3D打印耗材，其特征在于：溶液A的体积与溶液B的体积比为(0.7～2):1。3.根据权利要求2所述的一种光敏化3D打印耗材，其特征在于：所述AM水溶液中AM的浓度为0.8g/mL～1g/mL，所述光引发剂的质量为AM水溶液中AM质量的0.1％～0.3％；所述高分子聚合物水溶液中高分子聚合物的浓度为0.3g/mL～0.8g/mL，所述无机填充材料的质量为所述高分子聚合物水溶液中高分子聚合物质量的3％～60％。4.根据权利要求1～3中任一项所述的一种光敏化3D打印耗材，其特征在于：所述无机填充材料还包括镍粉、金纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霄鹏，赵苗苗，闫梦丹，王丽霞，李瑞歌，岳阳，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：