【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光固化3d打印的方法，具体涉及一种溶剂辅助的水凝胶材料高保真度光固化3d打印的方法。
技术介绍
1、3d打印是指在计算机控制下将材料混合或凝固在一起，通过材料的层层堆叠以产生三维器件的快速制造方法。作为先进的制造技术之一，3d打印技术也被称为添加制造(am)和快速原型技术，它需要自动化的过程和标准化的材料作为构建块，使个性化和特定的计算机辅助设计能够创建3d对象。光固化3d打印又称为光固化快速成型工艺，是以液态光敏材料(光敏树脂、水凝胶、陶瓷等)为原料，利用计算机控制紫外激光束依照所需要的程序逐层扫描固化成型为三维实体器件。光固化3d打印具有能耗小、表面质量好、成型精度高等优点，能够打印传统加工方式无法加工或难以加工的复杂器件，在航空航天、医疗器械、智能机器人等领域得到了广泛应用。
2、水凝胶作为一种亲水性高分子材料，在水中能够溶解而形成溶液或分散液。由于其具有润滑性好、表面张力小，无毒无污染等优异的特性，使其在组织工程、药物释放、柔性电子等领域有着广泛的应用前景。但是，由于水凝胶力学性能差、稳定性差等缺点，导致水凝胶基的复杂结构模型器件很难通过传统加工技术进行加工制造。
3、目前，研究者们已经开发出众多可光固化3d打印的水凝胶材料并且广泛应用于生物医疗、软体机器人和可穿戴设备等领域。然而，由于水凝胶在打印过程中易失水的特性，导致构筑的器件会在制造过程中发生坍塌、变形，最终影响水凝胶器件的成型精度，严重制约了光固化3d打印水凝胶材料器件的实际应用。
4、目前，解决水凝胶失水的
5、因此，提供一种水凝胶光固化3d打印方法，解决水凝胶材料在制造过程中的失水问题，提高光固化3d打印水凝胶的制造精度，并且保证水凝胶本身的理化特性是目前水凝胶实际应用必须解决的难题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种溶剂辅助的水凝胶材料高保真度光固化3d打印的方法，解决水凝胶材料在光固化3d打印过程中因失水造成的精度过低或结构塌缩变形等问题，使得构筑的水凝胶器件具有高的打印精度和广泛的应用价值。
2、为了达到上述目的，本专利技术提供了一种溶剂辅助的水凝胶材料高保真度光固化3d打印的方法，该方法包含：将水凝胶材料单体、交联剂、染料和光引发剂溶于水和有机溶剂的混合溶剂中，得到水性光敏墨水；将所述水性光敏墨水采用光固化3d打印机进行打印，根据三维数字模型，对打印参数进行设置，打印成型得到含有有机溶剂的打印器件；将所述打印器件依次进行金属离子溶液交换24～72h和去离子水透析24～72h，得到光固化3d打印水凝胶器件。
3、其中，所述有机溶剂和水的体积比为(1～7)：(3～9)；所述金属离子溶液选用氯氧化锆水溶液、氯化锌水溶液和氯化铁水溶液中任意一种或两种以上；所述金属离子溶液的浓度为0.05～0.5mol/l。金属离子溶液的浓度会影响材料力学性能和溶剂交换时间，进而影响打印保真度。浓度过低(低于0.05mol/l)和溶度过高(高于0.5mol/l)都容易发生溶胀变形，不能保证良好的保真度。
4、优选地，所述光固化3d打印机的打印条件为：3d打印机光源强度为260～300mw，切片层厚为0.1mm，底层曝光时间为15～20s，其余层曝光时间为10～15s。打印参数与产品的成形精度息息相关，不同的墨水需要不同的打印参数进行调整。
5、优选地，所述有机溶剂选自二甲亚砜、甘油、二甲基甲酰胺和四氢呋喃中任意一种或两种以上。通过有机溶剂与水的强氢键作用可以有效降低水的蒸发焓，从而抑制在打印过程中水的蒸发，进而避免由于水蒸发导致的模型失水皱缩，进而影响打印精度。
6、优选地，所述水凝胶材料单体选自丙烯酸、丙烯酰胺、n-丙烯酰基氨基脲、n-丙烯酰甘氨酰胺、烯丙基脲、丙烯基脲中任意一种或两种以上。
7、优选地，所述交联剂选自三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二乙烯基苯、二异氰酸酯、n,n’-亚甲基双丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯中任意一种或两种以上。
8、优选地，所述光引发剂选自2-羟基-4'-(2-羟基乙氧基)-2-甲基苯丙酮光引发剂、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂光引发剂和偶氮二异丁脒盐酸盐光引发剂中任意一种或两种以上。
9、优选地，所述染料选自水性染料。
10、优选地，所述水性染料选自柠檬黄、罗丹明b和色精中任意一种或两种以上。
11、本专利技术的溶剂辅助的水凝胶材料高保真度光固化3d打印的方法，解决水凝胶材料在光固化3d打印过程中因失水造成的精度过低或结构塌缩变形等问题，具有以下优点：
12、本专利技术的溶剂辅助的水凝胶材料高保真度光固化3d打印的方法，相比较于目前已报道水凝胶材料光固化3d打印方法，该方法通过溶剂辅助显著提升了水凝胶材料在光固化3d打印过程中的抗失水能力，进而提高了水凝胶材料光固化3d打印的精度、保真度，使得其在生物医疗、柔性电子、软体机器人等领域具有广泛的应用价值。
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1.一种溶剂辅助的水凝胶材料高保真度光固化3D打印的方法，其特征在于，该方法包含：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光固化3D打印机的打印条件为：3D打印机光源强度为260～300mW，切片层厚为0.1mm，底层曝光时间为15～20s，其余层曝光时间为10～15s。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂选自二甲亚砜、甘油、二甲基甲酰胺和四氢呋喃中任意一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水凝胶材料单体选自丙烯酸、丙烯酰胺、N-丙烯酰基氨基脲、N-丙烯酰甘氨酰胺、烯丙基脲、丙烯基脲中任意一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交联剂选自三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二乙烯基苯、二异氰酸酯、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯中任意一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光引发剂选自2-羟基-4'-(2-羟基乙氧基)-2-甲基苯丙酮光引发剂、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂光引发剂和偶氮二异丁脒盐酸盐光引发剂中
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，所述染料选自水性染料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述水性染料选自柠檬黄、罗丹明B和色精中任意一种或两种以上。
...【技术特征摘要】
1.一种溶剂辅助的水凝胶材料高保真度光固化3d打印的方法，其特征在于，该方法包含：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光固化3d打印机的打印条件为：3d打印机光源强度为260～300mw，切片层厚为0.1mm，底层曝光时间为15～20s，其余层曝光时间为10～15s。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂选自二甲亚砜、甘油、二甲基甲酰胺和四氢呋喃中任意一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水凝胶材料单体选自丙烯酸、丙烯酰胺、n-丙烯酰基氨基脲、n-丙烯酰甘氨酰胺、烯丙基脲、丙烯基脲中任意一种或两种以上。
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓龙，汪祎贤，吴家宇，刘德胜，鲁耀钟，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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