[发明专利]3D喷墨打印用墨水组合物、墨水组及其制备方法

说明书

本发明提供一种3D喷墨打印用墨水组合物、墨水组及其制备方法，墨水组合物包括如下重量份的成分：丙烯酸低聚物45～75份，丙烯酸单体20～45份，紫外光引发剂1～9份，助剂0.2～10份，着色剂0～4份；丙烯酸低聚物选自聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯和聚醚丙烯酸酯中的一种或多种；在25℃时，所述墨水组合物的粘度为25～70cps；在40～60℃时，所述墨水组合物的表面张力为20～35dyn；在40～60℃中的至少一个温度时，所述墨水组合物的粘度为9～14.5cps。本发明的墨水组合物组成简单，能够延长打印头的使用寿命，并且固化过程简单，无VOC排放，无污染，制件无翘曲变形。

技术领域

本发明涉及打印技术，尤其涉及一种3D喷墨打印用墨水组合物、墨水组及其制备方法。

背景技术

3D喷墨打印技术是根据喷墨打印机的工作原理，在数字信号的激励下使喷嘴腔室中的液体(成型材料)在瞬间形成液滴，并以一定的速度和频率从喷嘴中喷出，按指定路径逐层固化成型，最终得到3D物体。

现有3D喷墨打印机进行喷墨打印所用的成型材料可分为温度固化材料和UV光固化材料两大类，其中温度固化材料主要为含有蜡的材料，固体或半固体的蜡状材料通过加热熔融变为流体状材料进入打印头喷嘴进行喷墨打印，当蜡液滴从打印头喷嘴喷出落到前一承载体上时，温控装置对刚喷出的蜡液滴具有一个降温的过程使蜡液滴在指定轨迹上固化，根据3D物体的模型数据后一层按照同样的方式叠加固化在前一层上，最终形成目标3D物体，但是由于蜡受温度影响较大，尤其在高温情况下容易发生熔融，因而导致其应用范围受到影响。

UV光固化材料至少含有光敏树脂和引发剂，例如欧洲专利EP1458825B1公开了一种辐射固化组合物，其中包含至少一种可UV辐射固化的尿烷甲基丙烯酸树脂，至少一种蜡，至少一种甲基丙烯酸稀释剂，至少一种光引发剂和至少一种聚合引发剂，该组合物用于喷墨打印时需将组合物的温度升高至70-90℃，组合物从打印头喷出后提供一个降温环境将分配的组合物材料转变为固体，之后用UV光进行辐射形成3D物体的层，之后重复前述的步骤形成3D物体。由于该组合物使用时需要高温使其融化因此在打印机设计时其安装的打印头必须能耐高温，由此一方面高温对打印头的使用寿命造成影响，另一方面能耗较高，且组合物中含有蜡和树脂材料，这是两类性质完全不同的材料，在进行固化过程中分两步进行，先通过降温使组合物不完全固化，再经过UV光进行进一步固化，前者是物理过程后者是化学过程，这导致组合物使用复杂。

发明内容

针对上述技术缺陷，本发明提供一种3D喷墨打印用墨水组合物、墨水组及其制备方法，该墨水组合物制造的3D物体的稳定性佳，不会由于温度因素而发生形变，并且能够降低打印头的工作温度，固化过程简单。

本发明提供一种3D喷墨打印用墨水组合物，包括如下重量份的成分：丙烯酸低聚物45～75份，丙烯酸单体20～45份，紫外光引发剂1～9份，助剂0.2～10份，着色剂0～4份；所述丙烯酸低聚物选自聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯和聚醚丙烯酸酯中的一种或多种；

在25℃时，所述墨水组合物的粘度为25～70cps；在40～60℃时，所述墨水组合物的表面张力为20～35dyn；在40～60℃中的至少一个温度时所述墨水组合物的粘度为9～14.5cps。

本发明的墨水组合物在进行喷墨打印的过程中，紫外线照射在已形成的3D物体片层上，诱发墨水组合物中的紫外光引发剂产生自由基，从而促使丙烯酸低聚物和丙烯酸单体发生聚合反应。其中，丙烯酸低聚物能够增强3D物体的耐磨性和柔韧性，丙烯酸单体能够快速发生聚合反应，紫外光引发剂能够诱发墨水组合物在紫外光照射下发生聚合，当着色剂用量为零时即为透明墨水组合物。而适量的助剂以及着色剂能够优化3D物体的打印效果，由于增大着色剂浓度会减少墨水组合物用于打印3D物体时的体积收缩，但是着色剂又会阻碍墨水组合物发生聚合反应，从而导致打印的3D物体力学性能下降，因此，着色剂的重量份不能大于4，其中，当着色剂为0时即为透明墨水组合物。