一種彩色噴墨三維列印方法與流程
2023-12-02 16:21:01 2
本發明涉及材料領域，具體涉及一種彩色噴墨三維列印方法。
背景技術：
使用高分子材料為三維列印材料，目前採用的成型方法主要有以下幾種，雷射選擇性燒結、紫外光選擇性聚合及擠出堆積法。其中雷射選擇性燒結成型精度較高，但無法成型彩色製品，為了達到彩色效果，必須另外染色。而且由於為了提高製件強度、改善燒結效果，必須將燒結池預熱到較高溫度，另外，燒結過程持續時間幾個小時至幾十小時都十分正常，這樣造成了未燒結粉的老化比較嚴重，可回用次數有限，會增加成本。紫外光選擇性聚合也可以達到較高的成型精度，但同時也無法實現彩色成型，另外這種方法所使用的材料十分昂貴。擠出堆積法是目前普通三維列印常用的方法，成型設備和耗材都較便宜，經過準確的擠出控制(當然這樣，設備和材料也要較高的成本)，可以實現彩色列印，這種方法在成型製件尺寸精度方面有待進一步提高。
技術實現要素：
針對現有技術存在的不足，本發明提出了一種彩色噴墨三維列印方法，具體如下：
本發明是關於一種彩色噴墨三維列印方法。使用熱塑性樹脂粉末為原料，使用該樹脂的增塑劑或溶劑為噴墨墨水。此三維列印的原理為，在計算機控制下，利用列印程序控制普通的噴墨印表機在鋪好的平整的樹脂粉末表面，所需的部位列印上一層增塑劑或溶劑，或增塑劑與溶劑的混合物。如果是增塑劑，則其會對樹脂產生溶解作用，使樹脂顆粒粘結在一起，然後再鋪上一層樹脂，再列印一層。多層累加，得到三維實體。層間可以靠表面多餘的增塑劑粘結，隨著時間的推移，增塑劑會逐漸擴散到樹脂粉顆粒內部，強度隨之提高。
如果使用溶劑，會產生與增塑劑類似的作用，其也會在樹脂顆粒之間產生粘結，但由於溶劑具有揮發性，溶劑最終會完全揮發，形成由粘結的顆粒組成的、強度較高的三維實體。
而如果使用增塑劑和溶劑的混合物，則兩者會共同起作用。噴墨上去的混合物同時溶解樹脂粉顆粒表面，形成顆粒之間的粘結，隨著增塑劑滲入顆粒內部和溶劑的揮發，最終形成強度較高的三維實體製件。
鋪粉可採用普通的雷射選擇性燒結使用的升降鋪粉設備，但由於本方法是使用增塑劑或溶劑粘結顆粒，無需設定粉池預熱，所以不存在樹脂粉老化的問題，未溶結的樹脂粉料可長期反覆回用，降低成本。
熱塑性樹脂只要方便製成粉末狀，並可以找到其增塑劑或溶劑，都可以選擇來做為本3D列印方法的材料。即使常溫下沒有溶劑或難溶的樹脂，如PE、PP，依然可以在略升溫的條件下實現彩色三維列印，而且由於溫度不高，也不會對樹脂粉的回用性造成顯著影響。
本發明所選用的樹脂粉，粒度範圍為1微米(μm)至100微米(μm)之間，也可使用更大粒徑(100至500μm)的粉末，但會降低製件的尺寸精度。樹脂粉可以是粉碎法、研磨法、或沉澱法等方法得到，可選擇純樹脂粉或添加一定量填料的樹脂粉。如果添加填料，最好是樹脂與填料首先熔體混煉良好分散，然後製備粉末。如果用純樹脂粉與填料粉直接混合使用，則會很大程度上影響成型效果。
樹脂可以選擇無色或白色，同時在所選用的「墨水」(樹脂的增塑劑或溶劑)中加入分散良好的顏料或染料，彩色列印可以配製好三種或四種顏色的墨水，通過增塑劑或溶劑對樹脂顆粒的溶解作用，使顏料溶入樹脂本身之中，利用噴墨列印的配色原理實現真正意義的三維彩色列印。即使顏料或染料不能完全溶入樹脂顆粒內部，由於顆粒尺寸較小，最終製件的色彩還原效果仍然相當好。
樹脂材料可以是聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯(PP)、聚乙烯、醋纖、尼龍、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、有機玻璃(PMMA)、滌綸樹脂(PET)其中的一種或多種。
列印墨水可以是鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DOP),鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、水、二甘醇、JZ-218(尼龍增塑劑，蘇州金忠化工有限公司生產)、二甲基甲醯胺(DMF)、甲苯、二甲苯、丙酮、環己酮、四氫呋喃(THF)、氯仿、間甲酚中的一種或多種。
由於噴墨列印具有非常好的位置準確性和色彩準確性，由此方法所製成的三維列印製件也可以做到相當準確的尺寸，通過調整墨水顏色濃度也可以達到相當準確的色彩。
本發明選用相對廉價易得的樹脂粉為原料，利用噴墨列印技術，實現尺寸和色彩準確度較高的三維列印。
具體實施方式
實施例1
聚氯乙烯(PVC)樹脂，經研磨粉碎，過200目篩，以此PVC粉為原料，在單色噴墨列印墨盒中加入鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DOP)為列印墨水，通過多層疊加可列印出PVC三維立體白色至半透明製件。
實施例2
例1中的PVC粉，採用鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)為列印墨水。將DBP和少量分散劑、穩定劑及3％重量的顏料炭黑，研磨分散均勻。以此墨水使用例1中的單色噴墨印表機，使用多層疊加方法，列印出PVC三維立體黑色製件。
實施例3
例1中的PVC粉，採用鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)為列印墨水。將DBP分別與油溶紅G、油溶綠5G-FW和油溶藍60混合攪拌分散均勻後，製成紅、綠、藍三種顏色的噴墨列印油墨(染料含量均為3％重量)，分別加入彩色噴墨印表機對應顏色的墨盒中，以這些墨水使用多層疊加方法，列印出PVC三維立體彩色製件。
實施例4
聚乙烯醇(PVA)樹脂，經研磨粉碎，過180目篩，以此PVA粉為原料，將水與水溶性染料直接煮紅、直接煮綠和直接煮藍加熱混合攪拌均勻後，製成紅、綠、藍三種顏色的水性噴墨列印油墨(染料含量均為3％重量)，用表面活性劑調節粘度和表面張力後，分別加入彩色噴墨印表機對應顏色的墨盒中，使用多層疊加方法，列印出PVA三維立體彩色製件。
實施例5
聚丙烯(PP)樹脂，經研磨粉碎，過180目篩，以此PP粉為原料，把二甲苯加入例1的單色噴墨印表機中，在輔粉池中預設溫度95℃，使用多層疊加方法，列印出PP三維立體白色製件。
實施例6
聚乙烯(PE)樹脂，經研磨粉碎，過180目篩，以此PE粉為原料，把甲苯加入例1的單色噴墨印表機中，在輔粉池中預設溫度75℃，使用多層疊加方法，列印出PE三維立體白色製件。