三維成型物體表面處理液、制備方法及三維物體成型方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及三維打印領域，具體地說，是涉及一種三維成型物體的表面處理液以及制備這種三維成型物體表面處理液的方法，本發(fā)明還涉及一種三維物體成型方法。
【背景技術】
[0002]三維(3D)快速成型，也被稱為增材制造，基本原理是通過打印或鋪設連續(xù)的材料層來產(chǎn)生三維物體。三維快速成型備或三維打印機通過轉(zhuǎn)換物體的三維計算機模型并產(chǎn)生一系列截面切片來工作，然后，打印每個切片，一個在另一個的頂部上，從而產(chǎn)生最終的三維物體。
[0003]三維快速成型的方法主要包括的類型為:立體平板印刷或光固化(Stereolithography, SLA)、分層實體制造(Laminated object manufacturing, L0M)、選擇性激光燒結(jié)(Selective laser sintering, SLS)、恪融沉積成型(Fused deposit1nmodeling, FDM)。目前，F(xiàn)DM類型的三維打印機主要是利用線形打印材料在高溫熔融以后，按照打印模型層層堆積而產(chǎn)生三維物體。
[0004]FDM類型的三維打印方法由于成本低廉、操作簡便等優(yōu)點，其已經(jīng)在多個領域中開始運用和普及。本申請人在申請?zhí)柗謩e為CN201410081000.9、CN201510054483.8、CN201410410269.7和CN201410609259.6的中國發(fā)明專利申請中公開了 FDM類型的三維打印機，這些申請文件的全文作為本發(fā)明申請的參考而引入。
[0005]按照目前的打印精度，大部分FDM類型的三維打印機輸出的絲狀材料為0.1毫米至0.2毫米，由于這種成型的三維物體是分層堆積而形成的，因此相鄰的兩個層之間會存在一定的細小間隙，從而導致三維成型物體的外表面不光滑，降低美觀性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的是提供一種能夠使得三維成型物體的表面更加光滑、均勻、美觀的三維成型物體的表面處理液。
[0007]本發(fā)明的另一目的是提供一種上述三維成型物體的表面處理液的制備方法。
[0008]本發(fā)明的再一目的是提供一種利用上述三維成型物體的表面處理液的三維物體成型方法。
[0009]本發(fā)明提供的三維成型物體的表面處理液包括高黏度環(huán)氧樹脂、稀釋劑和胺類固化劑；其中，高黏度環(huán)氧樹脂為胺類固化環(huán)氧樹脂，高黏度環(huán)氧樹脂的黏度為35000 ± 500mpas ;稀釋劑包括低黏度環(huán)氧樹脂和反應活性劑，低黏度環(huán)氧樹脂的黏度為15000±500mpas ;高粘度環(huán)氧樹脂與低黏度環(huán)氧樹脂形成體系環(huán)氧樹脂；胺類固化劑的重量與體系環(huán)氧樹脂的重量比在0.8倍參數(shù)比至1.2倍參數(shù)比之間，參數(shù)比為胺類固化劑的胺當量與體系環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當量之間的比例值；反應活性劑的重量占稀釋劑的重量的質(zhì)量分數(shù)在0.5%至30%之間。
[0010]由上述方案可見，當上述表面處理液應用于三維物體的表面處理時，只需要一次刷涂而無需反復操作，涂層堅硬且柔韌性好、耐磨性優(yōu)、抗劃傷性好、耐撞擊性優(yōu)。另外，這種表面處理液與打印材料的附著力良好，表面不易剝落。在現(xiàn)有的環(huán)氧樹脂的固化方式中，一般是選取高黏度環(huán)氧樹脂，然后加入一定量的化學溶劑對高黏度環(huán)氧樹脂進行稀釋，這樣才能夠得到黏度合適的用于固化的反應液體，然而，這種方式不適合用于三維成型物體的表面處理。一方面，化學溶劑的使用非常不環(huán)保，其散發(fā)出的化學氣味對周圍環(huán)境具有顯著影響，對人們的健康特別是兒童健康具有潛在危害；另一方面，采用化學溶劑時，其固化時間緩慢，固化效果也不容易控制，直接應用在三維成型物體的表面處理時不能夠達到滿意的效果。本發(fā)明采用胺類固化劑的方案能夠使得處理液的固化溫度在室溫下即可進行，無需加熱、烘烤等步驟，使用更加簡捷、合理。此外，反應活性劑的加入使得環(huán)氧樹脂的固化活性更高，對活性的控制作用進一步加強。此外，胺類固化劑的一個重要參數(shù)是胺值，胺值決定了固化劑與環(huán)氧樹脂之間的最佳用量比例，在本發(fā)明的上述方案中雖然沒有給出胺類固化劑與環(huán)氧樹脂之間的用量比例，但是本領域技術人員根據(jù)使用的具體胺值就能夠很容易地確定出兩者之間的用量比例。舉例來說，胺值在180至320左右時E51型環(huán)氧樹脂與固化劑的最佳用量為I山胺值在320至380左右時的配比在2:1，480至600左右時則為4:lo當然，在實際操作中，本領域技術人員還會對這一最佳比例進行適當微調(diào)，以找到最合適的反應比例。此外，本發(fā)明的胺當量是化學物質(zhì)胺含有活潑氫數(shù)目的一種量度，是胺的分子量除以其含有的活潑氫個數(shù)的商；環(huán)氧當量是指含一個環(huán)氧基的樹脂量(克/當量)，即環(huán)氧樹脂的平均分子量除以每一分子所含環(huán)氧基數(shù)量的值。舉例來說，如環(huán)氧當量100的樹脂200g，以間苯二胺為固化劑，計算結(jié)果以54g固化劑用量為佳。
[0011]—個優(yōu)選的方案是，胺類固化劑可以是二乙烯三胺、己二胺、二乙氨基丙胺、三乙胺、間苯二胺、二氨基二苯甲烷、卞基二甲胺等。本領域技術人員能夠確定出反應活性劑的最佳用量，舉例來說，反應活性劑的用量可以是稀釋劑總量的10%至15% (質(zhì)量分數(shù))，或者1%，至 5% O
[0012]—個優(yōu)選的方案是，反應活性劑為甲苯基縮水甘油醚和/或丁基縮水甘油醚和/或異辛基縮水甘油醚。
[0013]—個優(yōu)選的方案是，胺類固化劑為脂肪胺固化劑和/或芳香胺加成物固化劑和/或聚酰胺固化劑。
[0014]—個優(yōu)選的方案是，按重量份，高黏度環(huán)氧樹脂為50份，稀釋劑為50份，胺類固化劑為33份。
[0015]由上述方案可見，上述重量比較是優(yōu)化后的一組實施例，組份合理，固化時間較快。
[0016]—個優(yōu)選的方案是，在稀釋劑中還包括反應促進劑，反應促進劑為苯酚和/或水楊酸和/或苯甲酸。
[0017]由上述方案可見，由于反應活性劑中普遍缺乏羥基，這樣會降低反應體系的催化性能，而反應促進劑能夠起到很好地催化性能，使得固化的活性更高，固化速率更快。
[0018]—個優(yōu)選的方案是，表面處理液用于PLA材料或ABS材料成型的三維物體的表面處理。
[0019]由上述方案可見，PLA材料或ABS材料是最為常用的FDM類型的三維成型材料，并且當上述表面處理液用于這兩種材料成型的三維物體時，表面處理效果非常好，三維物體的表面光滑、均一、美觀。
[0020]—個優(yōu)選的方案是，反應活性劑的重量占稀釋劑的重量的質(zhì)量分數(shù)在1%至5%之間；胺類固化劑的重量與體系環(huán)氧樹脂的重量的比例為I倍參數(shù)比。
[0021]由上述方案可見，大多數(shù)情況下胺類固化劑的重量與體系環(huán)氧樹脂的重量的比值即與兩者之間的胺值當量和環(huán)氧當量比值相同，這種情況下最為常用，配比更加容易控制，反應活性劑在這一比例時，反應速率控制效果最佳。另外，在其它具體的實施例中，上述反應活性劑的質(zhì)量分數(shù)還可以是2%、3%、6%、7%或8%。
[0022]本發(fā)明提供的三維成型物體的表面處理液的制備方法包括下列步驟:把低黏度環(huán)氧樹脂和反應活性劑混合形成稀釋劑，低黏度環(huán)氧樹脂的黏度為15000±500mpas;把稀釋劑與高黏度環(huán)氧樹脂混合形成第一混合液，高黏度環(huán)氧樹脂的黏度為35000±500mpas;把第一混合液與胺類固化劑混合均勻；高粘度環(huán)氧樹脂與低黏度環(huán)氧樹脂形成體系環(huán)氧樹脂；胺類固化劑的重量與體系環(huán)氧樹脂的重量比在0.8倍參數(shù)比至1.2倍參數(shù)比之間，參數(shù)比為胺類固化劑的胺當量與體系環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當量之間的比例值；反應活性劑的重量占稀釋劑的重量的質(zhì)量分數(shù)在0.5%至30%之間。
[0023]由上述方案可見，制備過程簡便、合理，未涉及嚴苛的化學工藝操作及化學溶劑的使用，因此非常環(huán)保且對操作人員的健康不會造成危害。另外，這種表面處理液的配制過程無需專業(yè)能力，技術人員根據(jù)實際需求量進行配制即可，避免因為配制的表面處理液的體積過多而導致物料浪費的情況發(fā)生。
[0024]—個優(yōu)選的方案是，第一混合液與胺類固化劑在攪拌機中以100轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌10分鐘后得到混合均勻的溶液；反應活性劑為甲苯基縮水甘油醚和/或丁基縮水甘油醚和/或異辛基縮水甘油醚；胺類固化劑為脂肪胺固化劑和/或芳香胺加成物固化劑和/或聚酰胺固化劑；按重量份，高黏度環(huán)氧樹脂為50份，稀釋劑為50份，胺類固化劑為33份；在稀釋劑中還包括反應促進劑，反應促進劑為苯酚和/或水楊酸和/或苯甲酸。
[0025]本發(fā)明提供的三維物體成型方法，包括下列步驟:通過三維打印機制得三維物體；制得表面處理液，包括下列步驟:把低黏度環(huán)氧樹脂和反應活性劑混合形成稀釋劑，低黏度環(huán)氧樹脂的黏度為15000±500mpas;把稀釋劑與高黏度環(huán)氧樹