本發(fā)明屬于3D打印材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種3D打印工藝品用的石膏材料，本發(fā)明還涉及該石膏材料的制備方法和使用方法。

背景技術(shù)：

目前傳統(tǒng)的工藝品的制作原料分為三類：一是樹(shù)脂、陶土、面團(tuán)、石膏、水泥，這類原料在制作工藝品時(shí)雖然具有塑性好、易制作的特點(diǎn)，但是該類原料制出的工藝品強(qiáng)度差、易變形，易破損，不耐水；樹(shù)脂之類的有機(jī)材料存在原材料成本高、制作過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體、易燃、不環(huán)保等缺點(diǎn)。二是陶瓷、玻璃、金屬。這類原料制作工藝品時(shí)要求熱塑溫度高，制作起來(lái)不方便；三是木料、石料、金屬等，這類材料只能在設(shè)定好后進(jìn)行減除，若加工出現(xiàn)破損無(wú)法做增加，表現(xiàn)形式有限，且材料浪費(fèi)嚴(yán)重，導(dǎo)致造價(jià)高，部分石材還存在放射強(qiáng)度高等缺陷。

目前的工藝品從制作工藝可分為澆注脫模和減材雕刻兩種。澆筑脫模工藝需要先將制作材料用溶劑溶解或融化后澆注至提前制作好的模具中，待材料凝固后脫模，還需打磨修飾和上色等工藝。該制作工藝需要模具，大多以鋼模作為生產(chǎn)模具，因鋼材成本高，導(dǎo)致制造成本高，不適合少量多樣產(chǎn)品之生產(chǎn)，且制造時(shí)間長(zhǎng)，在做立體產(chǎn)品時(shí)會(huì)出現(xiàn)脫模困難等技術(shù)問(wèn)題，因而會(huì)使產(chǎn)品合格率降低。減材雕刻工藝需要剔除材料上多余的部分，剔除的材料利用率很低甚至無(wú)法回收利用，浪費(fèi)材料且產(chǎn)生廢棄物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種3D打印工藝品用石膏材料，通過(guò)增材制造技術(shù)解決目前工藝品制作不環(huán)保、浪費(fèi)材料、工藝復(fù)雜等問(wèn)題；同時(shí)提供一種新型的制作材料。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種3D打印工藝品油墨，由重量百分比的79～95％的基礎(chǔ)油墨、2～10％的防水劑、2～10％的玻璃纖維和0.1～1％的顏料組成。

所述的基礎(chǔ)油墨由重量百分比的以下組份組成，石膏粉：60％～91％，填料：2％～20％，改性劑：4％～18％，促凝劑：0.5％～5％，固化劑：1％～20％，顏料：0.1～0.5％；所述的石膏粉為直火順流煅燒法生產(chǎn)制作的α-半水石膏，其粒徑大小為1μm～150μm，抗壓強(qiáng)度≥25MPa；其生產(chǎn)工藝是：石膏原料經(jīng)過(guò)三級(jí)破碎，均化，得到粒徑10～20cm的石膏塊，在反應(yīng)釜中加熱至55℃～60℃，排除產(chǎn)生的冷凝水后通入1.5～3.5MPa的飽和蒸汽，干燥5～6h，然后排走多余蒸汽；壓力0.3～0.5MPa，溫度150℃～160℃，干燥7～8h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；所述的填料為二氧化硅或納米碳化硅中的一種或兩種的混合物；所述的改性劑為聚醋酸乙烯酯、環(huán)氧樹(shù)脂和有機(jī)硅中的一種或任意幾種的混合物；所述的促凝劑為無(wú)水乙醇、乙酸乙酯和丙三醇中的一種或任意幾種的混合物；所述的固化劑為二乙烯三胺(DETA)、乙二胺和3-二乙胺基丙胺(DEAPA)中的一種或任意幾種的混合物。

所述的防水劑為聚乙稀醇、石蠟、有機(jī)硅類防水劑和滲透結(jié)晶防水劑(DPS)中的一種或兩種或多種的混合物。

優(yōu)選的防水劑為聚乙稀醇、有機(jī)硅類防水劑和滲透結(jié)晶防水劑(DPS)中的一種或兩種或三種的混合物。

所述的玻璃纖維為平均粒徑≤100μm的粉末。

優(yōu)選的玻璃纖維為平均粒徑≤65μm的粉末。

本發(fā)明還有關(guān)于該3D打印工藝品油墨的制備方法：填料預(yù)處理：在研磨機(jī)中按配方加入固化劑和填料，轉(zhuǎn)速500～2000r/min，研磨4～12h；在攪拌器中按配方加入促凝劑，預(yù)處理填料和改性劑，混合均勻，50～57℃保溫3～6h后，按配方加入石膏粉和顏料，混合均勻，制得基礎(chǔ)油墨；基礎(chǔ)油墨中加入2～10％的防水劑、2～10％的玻璃纖維絲和0.1～1％的顏料，混合均勻，制得3D打印工藝品油墨。

本發(fā)明還有關(guān)于該3D打印工藝品油墨的使用方法：將質(zhì)量百分比45～55％的3D打印工藝品油墨加入到45～55％的水中，充分?jǐn)嚢瑁旌暇鶆?，即可進(jìn)行3D打印。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)采用超細(xì)、高強(qiáng)的α-半水石膏作為主體粉末材料，工藝品成品強(qiáng)度高、分辨率高、打印誤差小、孔隙率小、表觀質(zhì)量好。

(2)使用時(shí)加水調(diào)和即可、使用方便，無(wú)需澆注和脫模，能簡(jiǎn)化后處理工藝，且固化時(shí)間短、收縮率小、成品率高。

(3)釋放靈感，解放傳統(tǒng)工藝品結(jié)構(gòu)工藝：在傳統(tǒng)的工藝品制造過(guò)程中，由于結(jié)構(gòu)或工藝的限制，許多優(yōu)秀設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意靈感只能束之高閣。而3D打印不再需要經(jīng)過(guò)大量的鑄造、切割和其它工序即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的造型。由于采用了增材制造方式，與傳統(tǒng)的減材生產(chǎn)方式相比，不會(huì)浪費(fèi)原料，不產(chǎn)生廢棄物。

(4)本發(fā)明的3D打印工藝品油墨能夠達(dá)到較高強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度不低于60MPa，抗折強(qiáng)度不低于10MPa，即強(qiáng)度要高于一般的工藝品，耐久性好。

(5)本發(fā)明的3D打印工藝品油墨中根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以加入顏料，無(wú)需上色工藝，且顏料與其他材料混合均勻，色彩表達(dá)效果好。

(6)成本低、工藝簡(jiǎn)單、制作過(guò)程無(wú)污染、無(wú)毒氣體排出。

(7)本發(fā)明的3D打印工藝品油墨，可以回收再加工后重復(fù)使用。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明，但不用于限定本發(fā)明的技術(shù)方案。

實(shí)施例1

石膏原料經(jīng)過(guò)三級(jí)破碎，均化，得到粒徑10cm的石膏塊，在反應(yīng)釜中加熱至55℃，排除產(chǎn)生的冷凝水后通入1.5MPa的飽和蒸汽，干燥6h，然后排走多余蒸汽；干燥3小時(shí)，壓力0.5MPa，溫度150℃，干燥8h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；

在研磨機(jī)中加入DETA10.0g和納米碳化硅155.0g，轉(zhuǎn)速500r/min，研磨12h；

在攪拌器中加入無(wú)水乙醇50.0g，經(jīng)過(guò)研磨的納米碳化硅和DETA的混合物，環(huán)氧樹(shù)脂180.0g，混合均勻，50℃保溫6h后，按配方加入600.0g石膏粉，群青藍(lán)顏料5.0g，混合均勻，即得基礎(chǔ)油墨1000g。

950g基礎(chǔ)油墨中加入20g由8g聚乙稀醇、5g石蠟、7g滲透結(jié)晶防水劑(DPS)組成的防水劑、25g平均粒徑為100μm玻璃纖維粉和5g紅色氧化鐵顏料，混合均勻，制得3D打印工藝品油墨1000g。

450g的3D打印工藝品油墨加入到550g的水中，充分?jǐn)嚢?，混合均勻，即可進(jìn)行3D打印。

實(shí)施例2

石膏原料經(jīng)過(guò)三級(jí)破碎，均化，得到粒徑20cm的石膏塊，在反應(yīng)釜中加熱至60℃，排除產(chǎn)生的冷凝水后通入3.5MPa的飽和蒸汽，干燥5h，然后排走多余蒸汽；干燥2小時(shí)，壓力0.3MPa，溫度160℃，干燥7h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；

在研磨機(jī)中加入DETA200.0g和納米碳化硅20.0g，轉(zhuǎn)速2000r/min，研磨4h；

在攪拌器中加入無(wú)水乙醇5.0g，經(jīng)過(guò)研磨的納米碳化硅和DETA的混合物，環(huán)氧樹(shù)脂40.0g，混合均勻，55℃保溫4.5h后，按配方加入730.0g石膏粉，偶氮紅顏料5.0g，混合均勻，得基礎(chǔ)油墨1000g。

790g基礎(chǔ)油墨中加入100g由35g聚乙稀醇、12g石蠟、38g有機(jī)硅類防水劑和15g滲透結(jié)晶防水劑(DPS)組成的防水劑、100g平均粒徑為100μm玻璃纖維粉和10g氧化鉻顏料，混合均勻，制得3D打印工藝品油墨1000g。

550g的3D打印工藝品油墨加入到450g的水中，充分?jǐn)嚢?，混合均勻，即可進(jìn)行3D打印。

實(shí)施例3

石膏原料經(jīng)過(guò)三級(jí)破碎，均化，得到粒徑15cm的石膏塊，在反應(yīng)釜中加熱至57℃，排除產(chǎn)生的冷凝水后通入2.5MPa的飽和蒸汽，干燥5.5h，然后排走多余蒸汽；干燥2.5小時(shí)，壓力0.4MPa，溫度155℃，干燥7.5h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；

在研磨機(jī)中加入DETA5.0g和納米碳化硅20.0g，轉(zhuǎn)速1000r/min，研磨8h；

在攪拌器中加入無(wú)水乙醇5.0g，經(jīng)過(guò)研磨的納米碳化硅和DETA的混合物，環(huán)氧樹(shù)脂40.0g，混合均勻，56℃保溫5h后，按配方加入928.0g石膏粉，天津綠顏料2.0g，混合均勻，即得基礎(chǔ)油墨1000g。

870g基礎(chǔ)油墨中加入70g聚乙稀醇、59g平均粒徑為65μm的玻璃纖維粉和1g偶氮紅顏料，混合均勻，制得3D打印工藝品油墨1000g。

500g的3D打印工藝品油墨加入到500g的水中，充分?jǐn)嚢?，混合均勻，即可進(jìn)行3D打印。

實(shí)施例4

石膏原料經(jīng)過(guò)三級(jí)破碎，均化，得到粒徑10cm的石膏塊，在反應(yīng)釜中加熱至60℃，排除產(chǎn)生的冷凝水后通入3.0MPa的飽和蒸汽，干燥6h，然后排走多余蒸汽；干燥2小時(shí)，壓力0.5MPa，溫度150℃，干燥7h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；

在研磨機(jī)中加入DETA100.0g和納米碳化硅200.0g，轉(zhuǎn)速1250r/min，研磨10h；

在攪拌器中加入無(wú)水乙醇25.0g，經(jīng)過(guò)研磨的納米碳化硅和DETA的混合物，環(huán)氧樹(shù)脂70.0g，混合均勻，57℃保溫3h后，按配方加入602.5g石膏粉，黃色氧化鐵顏料2.5g，混合均勻，得基礎(chǔ)油墨1000g。

800g基礎(chǔ)油墨中加入97g由34g石蠟和63g滲透結(jié)晶防水劑(DPS)組成的防水劑、97g平均粒徑為43μm玻璃纖維粉和6g孔雀藍(lán)顏料，混合均勻，制得3D打印工藝品油墨1000g。

510g的3D打印工藝品油墨加入到490g的水中，充分?jǐn)嚢?，混合均勻，即可進(jìn)行3D打印。

實(shí)施例5

石膏原料經(jīng)過(guò)三級(jí)破碎，均化，得到粒徑10cm的石膏塊，在反應(yīng)釜中加熱至55℃，排除產(chǎn)生的冷凝水后通入1.5MPa的飽和蒸汽，干燥6h，然后排走多余蒸汽；干燥3小時(shí)，壓力0.5MPa，溫度150℃，干燥8h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；

在研磨機(jī)中加入DETA10.0g和超細(xì)二氧化硅粉155.0g，轉(zhuǎn)速500r/min，研磨12h；

在攪拌器中加入無(wú)水乙醇50.0g，經(jīng)過(guò)研磨的二氧化硅粉和DETA的混合物，丙三醇180.0g，混合均勻，50℃保溫6h后，按配方加入600.0g石膏粉，孔雀藍(lán)顏料5.0g，混合均勻，得基礎(chǔ)油墨1000g。

850g基礎(chǔ)油墨中加入80g由30g聚乙稀醇、22g石蠟和28g有機(jī)硅類防水劑組成的防水劑、69g平均粒徑為15μm玻璃纖維粉和1g黃色氧化鐵顏料，混合均勻，制得3D打印工藝品油墨1000g。

520g的3D打印工藝品油墨加入到480g的水中，充分?jǐn)嚢瑁旌暇鶆?，即可進(jìn)行3D打印。

實(shí)施例6

石膏原料經(jīng)過(guò)三級(jí)破碎，均化，得到粒徑20cm的石膏塊，在反應(yīng)釜中加熱至60℃，排除產(chǎn)生的冷凝水后通入3.5MPa的飽和蒸汽，干燥5h，然后排走多余蒸汽；干燥2小時(shí)，壓力0.3MPa，溫度160℃，干燥7h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；

在研磨機(jī)中加入乙二胺200.0g和納米碳化硅20.0g，轉(zhuǎn)速2000r/min，研磨4h；

在攪拌器中加入乙酸乙酯5.0g，經(jīng)過(guò)研磨的納米碳化硅和乙二胺的混合物，有機(jī)硅40.0g，混合均勻，55℃保溫4.5h后，按配方加入732.5g石膏粉，氧化鉻顏料2.5g，混合均勻，得基礎(chǔ)油墨1000g。

880g基礎(chǔ)油墨中加入96g有機(jī)硅類防水劑、20g平均粒徑為100μm玻璃纖維粉和4g群青藍(lán)顏料，混合均勻，制得3D打印工藝品油墨1000g。

480g的3D打印工藝品油墨加入到520g的水中，充分?jǐn)嚢瑁旌暇鶆?，即可進(jìn)行3D打印。

實(shí)施例7

石膏原料經(jīng)過(guò)三級(jí)破碎，均化，得到粒徑15cm的石膏塊，在反應(yīng)釜中加熱至57℃，排除產(chǎn)生的冷凝水后通入2.5MPa的飽和蒸汽，干燥5.5h，然后排走多余蒸汽；干燥2.5小時(shí)，壓力0.4MPa，溫度155℃，干燥7.5h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；

在研磨機(jī)中加入3-二乙胺基丙胺(DEAPA)5.0g和超細(xì)二氧化硅粉20.0g，轉(zhuǎn)速1000r/min，研磨8h；

在攪拌器中加入乙酸乙酯5.0g，經(jīng)過(guò)研磨的二氧化硅粉和3-二乙胺基丙胺(DEAPA)的混合物，聚醋酸乙烯酯40.0g，混合均勻，56℃保溫5h后，按配方加入926.0g石膏粉，紅色氧化鐵顏料4.0g，混合均勻，得基礎(chǔ)油墨1000g。

940g基礎(chǔ)油墨中加入20g滲透結(jié)晶防水劑(DPS)、32g平均粒徑為43μm的玻璃纖維粉和8g天津綠顏料，混合均勻，制得3D打印工藝品油墨1000g。

540g的3D打印工藝品油墨加入到460g的水中，充分?jǐn)嚢?，混合均勻，即可進(jìn)行3D打印。