三维成型物体表面处理液、制备方法及三维物体成型方法

摘要

本发明提供了一种三维成型物体表面处理液、制备方法及三维物体成型方法。三维成型物体的表面处理液包括高黏度环氧树脂、稀释剂和胺类固化剂；其中，高黏度环氧树脂为胺类固化环氧树脂，高黏度环氧树脂的黏度为35000±500mpas；稀释剂包括低黏度环氧树脂和反应活性剂，低黏度环氧树脂的黏度为15000±500mpas。当上述表面处理液应用于三维物体的表面处理时，只需要一次刷涂而无需反复操作，涂层坚硬且柔韧性好、耐磨性优、抗划伤性好、耐撞击性优。

说明书

技术领域

本发明涉及三维打印领域，具体地说，是涉及一种三维成型物体的表面处理液以及制备这种三维成型物体表面处理液的方法，本发明还涉及一种三维物体成型方法。

背景技术

三维（3D）快速成型，也被称为增材制造，基本原理是通过打印或铺设连续的材料层来产生三维物体。三维快速成型备或三维打印机通过转换物体的三维计算机模型并产生一系列截面切片来工作，然后，打印每个切片，一个在另一个的顶部上，从而产生最终的三维物体。

三维快速成型的方法主要包括的类型为：立体平板印刷或光固化（Stereolithography,SLA)、分层实体制造（Laminatedobjectmanufacturing,LOM)、选择性激光烧结（Selectivelasersintering,SLS)、熔融沉积成型（Fuseddepositionmodeling,FDM)。目前，FDM类型的三维打印机主要是利用线形打印材料在高温熔融以后，按照打印模型层层堆积而产生三维物体。

FDM类型的三维打印方法由于成本低廉、操作简便等优点，其已经在多个领域中开始运用和普及。本申请人在申请号分别为CN201410081000.9、CN201510054483.8、CN201410410269.7和CN201410609259.6的中国发明专利申请中公开了FDM类型的三维打印机，这些申请文件的全文作为本发明申请的参考而引入。

按照目前的打印精度，大部分FDM类型的三维打印机输出的丝状材料为0.1毫米至0.2毫米，由于这种成型的三维物体是分层堆积而形成的，因此相邻的两个层之间会存在一定的细小间隙，从而导致三维成型物体的外表面不光滑，降低美观性。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种能够使得三维成型物体的表面更加光滑、均匀、美观的三维成型物体的表面处理液。

本发明的另一目的是提供一种上述三维成型物体的表面处理液的制备方法。

本发明的再一目的是提供一种利用上述三维成型物体的表面处理液的三维物体成型方法。

本发明提供的三维成型物体的表面处理液包括高黏度环氧树脂、稀释剂和胺类固化剂；其中，高黏度环氧树脂为胺类固化环氧树脂，高黏度环氧树脂的黏度为35000±500mpas；稀释剂包括低黏度环氧树脂和反应活性剂，低黏度环氧树脂的黏度为15000±500mpas；高粘度环氧树脂与低黏度环氧树脂形成体系环氧树脂；胺类固化剂的重量与体系环氧树脂的重量比在0.8倍参数比至1.2倍参数比之间，参数比为胺类固化剂的胺当量与体系环氧树脂的环氧当量之间的比例值；反应活性剂的重量占稀释剂的重量的质量分数在0.5%至30%之间。

由上述方案可见，当上述表面处理液应用于三维物体的表面处理时，只需要一次刷涂而无需反复操作，涂层坚硬且柔韧性好、耐磨性优、抗划伤性好、耐撞击性优。另外，这种表面处理液与打印材料的附着力良好，表面不易剥落。在现有的环氧树脂的固化方式中，一般是选取高黏度环氧树脂，然后加入一定量的化学溶剂对高黏度环氧树脂进行稀释，这样才能够得到黏度合适的用于固化的反应液体，然而，这种方式不适合用于三维成型物体的表面处理。一方面，化学溶剂的使用非常不环保，其散发出的化学气味对周围环境具有显著影响，对人们的健康特别是儿童健康具有潜在危害；另一方面，采用化学溶剂时，其固化时间缓慢，固化效果也不容易控制，直接应用在三维成型物体的表面处理时不能够达到满意的效果。本发明采用胺类固化剂的方案能够使得处理液的固化温度在室温下即可进行，无需加热、烘烤等步骤，使用更加简捷、合理。此外，反应活性剂的加入使得环氧树脂的固化活性更高，对活性的控制作用进一步加强。此外，胺类固化剂的一个重要参数是胺值，胺值决定了固化剂与环氧树脂之间的最佳用量比例，在本发明的上述方案中虽然没有给出胺类固化剂与环氧树脂之间的用量比例，但是本领域技术人员根据使用的具体胺值就能够很容易地确定出两者之间的用量比例。举例来说，胺值在180至320左右时E51型环氧树脂与固化剂的最佳用量为1：1，胺值在320至380左右时的配比在2：1，480至600左右时则为4：1。当然，在实际操作中，本领域技术人员还会对这一最佳比例进行适当微调，以找到最合适的反应比例。此外，本发明的胺当量是化学物质胺含有活泼氢数目的一种量度，是胺的分子量除以其含有的活泼氢个数的商；环氧当量是指含一个环氧基的树脂量(克/当量)，即环氧树脂的平均分子量除以每一分子所含环氧基数量的值。举例来说，如环氧当量100的树脂200g，以间苯二胺为固化剂，计算结果以54g固化剂用量为佳。

一个优选的方案是，胺类固化剂可以是二乙烯三胺、己二胺、二乙氨基丙胺、三乙胺、间苯二胺、二氨基二苯甲烷、卞基二甲胺等。本领域技术人员能够确定出反应活性剂的最佳用量，举例来说，反应活性剂的用量可以是稀释剂总量的10%至15%（质量分数），或者1%，至5%。

一个优选的方案是，反应活性剂为甲苯基缩水甘油醚和/或丁基缩水甘油醚和/或异辛基缩水甘油醚。

一个优选的方案是，胺类固化剂为脂肪胺固化剂和/或芳香胺加成物固化剂和/或聚酰胺固化剂。

一个优选的方案是，按重量份，高黏度环氧树脂为50份，稀释剂为50份，胺类固化剂为33份。

由上述方案可见，上述重量比较是优化后的一组实施例，组份合理，固化时间较快。

一个优选的方案是，在稀释剂中还包括反应促进剂,反应促进剂为苯酚和/或水杨酸和/或苯甲酸。

由上述方案可见，由于反应活性剂中普遍缺乏羟基，这样会降低反应体系的催化性能，而反应促进剂能够起到很好地催化性能，使得固化的活性更高，固化速率更快。

一个优选的方案是，表面处理液用于PLA材料或ABS材料成型的三维物体的表面处理。

由上述方案可见，PLA材料或ABS材料是最为常用的FDM类型的三维成型材料，并且当上述表面处理液用于这两种材料成型的三维物体时，表面处理效果非常好，三维物体的表面光滑、均一、美观。

一个优选的方案是，反应活性剂的重量占稀释剂的重量的质量分数在1%至5%之间；胺类固化剂的重量与体系环氧树脂的重量的比例为1倍参数比。

由上述方案可见，大多数情况下胺类固化剂的重量与体系环氧树脂的重量的比值即与两者之间的胺值当量和环氧当量比值相同，这种情况下最为常用，配比更加容易控制，反应活性剂在这一比例时，反应速率控制效果最佳。另外，在其它具体的实施例中，上述反应活性剂的质量分数还可以是2%、3%、6%、7%或8%。

本发明提供的三维成型物体的表面处理液的制备方法包括下列步骤：把低黏度环氧树脂和反应活性剂混合形成稀释剂，低黏度环氧树脂的黏度为15000±500mpas;把稀释剂与高黏度环氧树脂混合形成第一混合液，高黏度环氧树脂的黏度为35000±500mpas;把第一混合液与胺类固化剂混合均匀；高粘度环氧树脂与低黏度环氧树脂形成体系环氧树脂；胺类固化剂的重量与体系环氧树脂的重量比在0.8倍参数比至1.2倍参数比之间，参数比为胺类固化剂的胺当量与体系环氧树脂的环氧当量之间的比例值；反应活性剂的重量占稀释剂的重量的质量分数在0.5%至30%之间。

由上述方案可见，制备过程简便、合理，未涉及严苛的化学工艺操作及化学溶剂的使用，因此非常环保且对操作人员的健康不会造成危害。另外，这种表面处理液的配制过程无需专业能力，技术人员根据实际需求量进行配制即可，避免因为配制的表面处理液的体积过多而导致物料浪费的情况发生。

一个优选的方案是，第一混合液与胺类固化剂在搅拌机中以100转/分钟的速度搅拌10分钟后得到混合均匀的溶液；反应活性剂为甲苯基缩水甘油醚和/或丁基缩水甘油醚和/或异辛基缩水甘油醚；胺类固化剂为脂肪胺固化剂和/或芳香胺加成物固化剂和/或聚酰胺固化剂；按重量份，高黏度环氧树脂为50份，稀释剂为50份，胺类固化剂为33份；在稀释剂中还包括反应促进剂,反应促进剂为苯酚和/或水杨酸和/或苯甲酸。

本发明提供的三维物体成型方法,包括下列步骤:通过三维打印机制得三维物体;制得表面处理液,包括下列步骤:把低黏度环氧树脂和反应活性剂混合形成稀释剂，低黏度环氧树脂的黏度为15000±500mpas;把稀释剂与高黏度环氧树脂混合形成第一混合液，高黏度环氧树脂的黏度为35000±500mpas;高粘度环氧树脂与低黏度环氧树脂形成体系环氧树脂；胺类固化剂的重量与体系环氧树脂的重量比在0.8倍参数比至1.2倍参数比之间，参数比为胺类固化剂的胺当量与体系环氧树脂的环氧当量之间的比例值；反应活性剂的重量占稀释剂的重量的质量分数在0.5%至30%之间；把第一混合液与胺类固化剂混合均匀制得表面处理液;把表面处理液刷涂在三维物体的表面,在室温下固化后到成品三维物体。

由上述方案可见，得到了表面光滑、均匀、美观的三维成型物体，并且在室温条件下即可实现，操作非常简单，操作人员只需要经过简单培训过程即可上手操作。

一个优选的方案是，室温为25℃,固化时间为3至8小时;表面处理液在三维物体上形成的涂层的厚度为0.1毫米至0.2毫米。

由上述方案可见，表面处理液的固化时间较短，放置几小时之后即可实现表面处理液的固化，鉴于现有的大部分FDM类型的三维打印机的输出的丝状材料为0.1毫米至0.2毫米，因此0.1毫米至0.2毫米的涂层厚度能够完全实现对三维物体的表面处理。

附图说明

图1是本发明三维成型物体的表面处理液的制备方法和三维物体成型方法实施例的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明提供的三维成型物体的表面处理液包括高黏度环氧树脂、稀释剂和胺类固化剂。高黏度环氧树脂为胺类固化环氧树脂，胺类固化剂例如可以是脂肪胺固化剂或芳香胺加成物固化剂或聚酰胺固化剂。稀释剂包括低黏度环氧树脂和反应活性剂，反应活性剂例如可以是甲苯基缩水甘油醚或丁基缩水甘油醚或异辛基缩水甘油醚。其中，高黏度环氧树脂的黏度为35000±500mpas，而低黏度环氧树脂的黏度为15000±500mpas。其中，高粘度环氧树脂与低黏度环氧树脂形成体系环氧树脂；胺类固化剂的重量与体系环氧树脂的重量比在0.8倍参数比至1.2倍参数比之间，参数比为胺类固化剂的胺当量与体系环氧树脂的环氧当量之间的比例值；反应活性剂的重量占稀释剂的重量的质量分数在0.5%至30%之间。

下面结合图1介绍本发明的三维成型物体的表面处理液的制备方法，该方法包括下列步骤：

首先执行步骤S1,按重量份，把40份低黏度环氧树脂和10份反应活性剂混合形成稀释剂。

然后执行步骤S2，按重量份，把50份稀释剂与50份高黏度环氧树脂混合形成第一混合液。

接着执行步骤S3，把第一混合液与固化剂在搅拌机中以100转/分钟的速度搅拌10分钟后得到混合均匀的表面处理液。

本发明提供的三维物体成型方法包括下列步骤:

先执行步骤S4,通过三维打印机制得三维成型物体。

接着执行步骤S5,把上述制得的表面处理液刷涂在三维成型物体的表面，刷涂的方式可以是用刷子直接涂覆在三维物体表面上，也可以通过液体喷枪等装置把表面处理液喷涂在三维物体的表面。涂层的厚度控制在0.1毫米至0.2毫米。

接着执行步骤S6，把处理后的三维成型物体在室温25℃下固化4小时完成固化过程，最终得到成品的表面光滑、均匀的三维物体。

最后需要说明的是，本发明不限于上述的实施方式，另外，在稀释剂中还可以包括反应促进剂,反应促进剂为苯酚或水杨酸或苯甲酸。高粘度环氧树脂为100重量份，稀释剂为100重量份，其中稀释剂中的反应活性剂占比为8%，胺类固化剂为100重量份。诸如上述设计等也在本发明的权利要求保护范围之内。