[发明专利]实体材料组合物及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及3D打印材料领域，公开了一种实体材料组合物及其制备方法和应用。以所述实体材料组合物的总重量为基准，所述实体材料组合物包含：10‑40重量％的丙烯酸酯低聚物，5‑20重量％的环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯，15‑40重量％的低粘度单体，5‑30重量％的多官能单体，1‑5重量％的光引发剂，0.01‑1重量％的流平剂，0.01‑1重量％的阻聚剂等。所述实体材料组合物既能满足数字化微喷3D打印机低粘度的要求，同时具有打印气味低、所形成的实体材料综合力学性能高的特点。

技术领域

本发明涉及3D打印材料领域，具体涉及一种实体材料组合物及其制备方法和应用。

背景技术

增材制造(又称3D打印)是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，将对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响，是制造业中具有代表性的颠覆性技术。

3D打印材料是3D打印行业中重要的一环，在高分子领域的3D打印中，液态光固化树脂因其固化速度快、成型精度高，发展迅速。目前市场上的光固化3D打印主要以立体光固化成型法(SLA)和数字光处理(DLP)为主，但是这两种打印方式中，打印的部件一直浸在未固化的树脂中，危害使用者的健康，原材料消耗大，支撑去除麻烦，而且一次只能打印一种材料和颜色，大大限制了3D打印的应用范围。

数字化微喷3D打印方式(Polyjet 3D打印)由以色列OBJET公司发明，以液态光固化树脂为原料，采用按需喷墨的方式完成3D打印。由于数字化微喷具有非常高的成型精度、可以同时打印多种材料和多种颜色，原材料损耗少、环保、支撑去除简单等优势，逐渐成为光固化3D打印的趋势。数字化微喷3D打印方式的打印原理为：PolyJet的喷射打印头沿X轴方向来回运动喷射光敏聚合物，当光敏聚合材料被喷射到工作台上后，UV紫外光灯将沿喷头工作方向发射出UV紫外光对光敏聚合材料进行固化，完成一层的喷射打印和固化后，该过程会再重复进行，一层接一层，直至整个3D物体形成。

在数字化微喷3D打印中，需要支撑材料和至少一种实体材料，实体材料用来打印所需要的物件，支撑材料起到支撑实体材料的作用。

相对于SLA和DLP的3D打印材料，数字化微喷3D打印材料的要求更高，开发难度更大。在保证打印物件物理性能的前提下，需要满足喷射要求，因而数字化微喷3D打印材料在打印温度下的粘度要低于20cps，表面张力在20-30dyn/cm范围内。

全球市场上，数字化微喷3D打印机和3D打印材料主要由国外的OBJET公司垄断，价格非常昂贵。近几年，随着国内数字化微喷3D打印机的不断突破与开发，亟需解决数字化微喷3D打印树脂的开发与国有化。目前国内市场上主要是针对SLA和DLP打印机开发光固化3D打印材料，对数字化微喷3D打印机的3D打印材料的研究成果较少。

光固化体系分为自由基型和阳离子型，自由基型一般采用丙烯酸酯类树脂作为原料，阳离子型一般采用环氧类树脂作为原料。虽然阳离子型具有收缩小、气味小、无氧阻聚等优点，但是阳离子体系光固化反应非常慢，阳离子引发剂价格非常昂贵，容易受到湿度的影响，保质期短，而且存在暗反应，有阻塞喷头的风险，不适合用在数字化微喷3D打印中。

目前，为了满足低粘度的要求，市场上的自由基型实体材料常常会使用大量的有刺激性气味的低粘度单体，例如丙烯酸异冰片酯(IBOA)、苯氧基乙基丙烯酸酯(PHEA)、四氢呋喃丙烯酸酯(THFA)、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(EOEOEA)等，导致在打印时(打印温度高于室温，一般在50℃以上)，树脂会产生刺激性气味，影响工作环境，危害健康。

因此，有必要开发一种新的既满足低粘度又满足气味较低的3D打印实体材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的实体材料组合物及其制备方法和应用。所提供的实体材料组合物既能满足数字化微喷3D打印机低粘度的要求，同时具有气味较低、综合力学性能高的特点。