一种光固化3d打印模型的后处理方法及其应用
阅读说明：本技术 一种光固化3d打印模型的后处理方法及其应用 (Post-processing method and application of photocuring 3D printing model ) 是由 张佳新 邢有道 段光远 王振 于 2021-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种光固化3D打印模型的后处理方法及其应用,所述后处理方法包括：将3D打印模型进行清洗,置于水中进行光固化处理,完成所述光固化3D打印模型的后处理；所述后处理方法通过将3D打印模型置于水中再进行光固化处理,使所述3D打印模型与氧气隔离,避免了在光固化处理过程中所述3D打印模型与氧气接触进而产生氧阻聚效应,因此无法进行彻底的光固化反应；所述后处理方法确保了光聚合反应的彻底进行,使得固化后的材料表面硬度更高、抗划伤能力更强且更加光滑。(The invention provides a post-processing method of a photocuring 3D printing model and application thereof, wherein the post-processing method comprises the following steps: cleaning the 3D printing model, and placing the 3D printing model in water for photocuring treatment to complete post-treatment of the photocuring 3D printing model; the post-processing method comprises the steps of placing the 3D printing model in water and then carrying out photocuring treatment, so that the 3D printing model is isolated from oxygen, and the phenomenon that the 3D printing model is contacted with oxygen in the photocuring treatment process to generate an oxygen inhibition effect, so that a complete photocuring reaction cannot be carried out is avoided; the post-treatment method ensures that the photopolymerization reaction is completely carried out, so that the cured material has higher surface hardness, stronger scratch resistance and smoother surface.)
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及种用光固化3D打印模型的后处理方法和应用。
背景技术
3D打印源自100多年前美国研究的照相雕塑和地貌成形技术，上世纪80年代已有雏形，其学名为“快速成型”，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术；其工作原理是，把数据和原料放进3D打印机中，机器按照程序把产品逐层造出来，打印出的模型产品可以即时使用。为了使打印模型达到使用标准要求，需要进行后续的一系列的处理如模型定型、固化等，采用现有的模型后处理方法加工的模型产品，一方面其成品模块表面材料粗糙不均匀，影响美观及达不到使用标准要求，另一方面该处理加工方法复杂、繁琐并且技术要求高、设备较昂贵不利于中小企业及个人应用；同时其模型处理加工的产品合格率低，进而增加了资源、能源浪费和生产成本投入。
目前，行业中主流的后处理工艺是将3D打印模型从打印平台取下后，先经过离心机或者甩干机将模型表面大部分的树脂甩掉，然后用有机溶剂清洗，然后用水清洗掉有机溶剂，最后进行干燥处理，去除模型表面的水，最后涂覆涂料进行加热固化处理。
CN104149366A公开了一种用于3D打印模型的后处理方法，包括以下步骤，步骤1、模型表面清洗，其中采用塑料清洗剂进行清洗；步骤2、固定成型，其中采用固定液和定型盐进行固定成型，时间为10～20m；步骤3、静电除尘，其中除尘时间为15～30min；步骤4、烘干固化，其中采用微波烘干机或静电烘干炉进行烘干固化。该发明提供的一种用于3D打印模型的后处理方法具有以下优点：1、处理步骤操作简单、模型处理后表面喷涂均匀、美观，提高了产品的合格率；2、模型处理工作效率高，降低了生产材料、能源消耗和生产成本投入，达到了节能的要求；同时该发明处理的模型成品防腐、耐磨等性能优越。
CN108995218A公开了一种3D打印件后处理方法。所述处理方法为：a.制备出溶液，将3D打印原料溶解在有机溶剂中，得到浓度为0.05～0.5g/ml的溶液；b.使用涂覆法或喷涂法或浸渍法将溶液包裹一层到3D打印制件表面；c.接着将包裹有溶液的3D打印制件表面放入真空烘箱中加热去除溶剂，最终得到处理后的3D打印制件。该发明通过后处理使得样品表面光洁度得到了极大提高，而且通过添加颜料可以得到彩色打印制品。同时可以利用本方法包覆一层填料在打印制品表面，使其具有良好的导电，电磁屏蔽等性能。
CN110039784A公开了一种3D打印工件后处理方法，包括以下操作步骤：将3D打印工件浸没于45℃～100℃的流体中加热，消除3D打印工件的内部应力；对3D打印工件待涂漆的表面进行粗打磨；打磨加工层涂覆：将流质或软质的涂覆材料涂覆于3D打印工件待涂漆表面，涂覆材料部分渗入3D打印工件表面的层间缝隙中，涂覆材料固化得到形成于3D打印工件待涂漆表面的打磨加工层；对打磨加工层进行打磨；在打磨加工层的表面进行喷漆上色。该发明提供的3D打印工件后处理方法能够有效提高3D打印工件的结构强度和韧性，同时使3D打印工件表面平整光滑，提高后续喷漆效果的美观性。
但是，由于光固化树脂会产生氧阻聚效应，而所述氧阻聚效应会导致3D打印模型在接触氧气的过程中无法进行彻底的光固化反应，进而导致模型表面硬度偏软且易划伤。
因此，开发一种操作简单且可以得到硬度较高的3D打印材料的后处理方法，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种光固化3D打印模型的后处理方法；所述后处理方法包括将3D打印模型清洗，置于水中进行光固化处理，完成所述光固化3D打印模型的后处理；所述后处理方法通过将3D打印模型置于水中再进行光固化处理，避免了所述3D打印模型与氧气接触，确保了光固化处理过程中固化反应进行彻底，使固化后的3D打印材料的表面硬度更高、抗划伤能力更强且更加光滑。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种光固化3D打印模型的后处理方法，所述后处理方法包括：将3D打印模型清洗，置于水中进行光固化处理，完成所述光固化3D打印模型的后处理。
在现有技术中后，3D打印材料的后处理工艺大多是将3D打印模型从打印平台取下后，先经过离心机或者甩干机将3D打印模型表面大部分的树脂甩掉，然后用有机溶剂清洗、用水清洗掉模型表面的有机溶剂，最后进行干燥处理，去除模型表面的水，涂覆涂料再进行加热固化处理；上述方法存在操作繁琐以及固化后产品质量较差的问题。
本发明提供的光固化3D打印模型的后处理方法，首先将清洗过后的3D打印模型放入水中，确保水能够没过所述3D打印模型，然后放入水中的3D打印模型一起进行光固化处理，确保所述光固化处理中UV波长与所述3D打印模型中引发剂的引发波长一致，有效避免了3D打印模型中未充分反应的有机高分子与氧气接触，进而避免了氧阻聚效应的产生，使得光固化处理过程中的光聚合反应充分进行，因此，采用本发明提供的后处理方法处理后得到的材料的表面硬度较高且很光滑，还具有优异的抗划伤能力。
优选地，所述清洗之前还包括沥干的步骤。
优选地，所述沥干在离心机或者甩干机中进行。
作为本发明的优选技术方案，清洗之前进行沥干的目的是为了擦干3D打印模型表面残留的树脂。
优选地，所述清洗包括采用有机溶剂进行清洗。
优选地，所述有机溶剂包括乙醇或丙酮。
优选地，所述光固化处理在UV灯箱中进行。
优选地，所述光固化的时间为1～5min，例如1.5min、2min、2.5min、3min、3.5min、4min或4.5min等。
所述光固化处理的波长与所述光固化3D打印模型中引发剂的引发波长相同。
作为本发明的优选技术方案，采用与所述光固化3D打印模型中引发剂的引发波长相同的光固化处理的波长可以使的3D打印模型中的引发剂更好的被引发，进而使得光聚合反应更加充分。
优选地，所述后处理方法包括：将3D打印模型沥干、采用有机溶剂进行清洗、干燥，置于水中在UV灯箱中进行光固化处理1～5min，完成所述光固化3D打印模型的后处理。
第二方面，本发明提供一种3D打印材料，所述3D打印材料通过如第一方面所述的后处理方法处理得到。
第三方面，本发明提供一种如第二方面所述的3D打印材料在医学材料中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的光固化3D打印模型的后处理方法包括：首先将3D打印模型清洗，置于水中进行光固化处理，所述后处理方法通过将3D打印模型置于水中再进行光固化处理，使所述3D打印模型与氧气隔离，避免了在光固化处理过程中所述3D打印模型与氧气接触进而产生氧阻聚效应，进而无法进行彻底的光固化反应；所述后处理方法确保了光聚合反应的彻底进行，使得固化后的材料表面硬度更高，邵氏硬度为85～87、抗划伤能力更强且更加光滑。
(2)相较于现有技术中采用的涂涂料方式而言，本发明所提供的后处理方法操作更加简单，且不会破坏树脂表面，节省了成本和时间，更加适合工业化批量化应用。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种光固化3D打印模型的后处理方法，具体操作包括：将3D打印模型(丙烯酸类树脂)经过离心机沥表面未固化的树脂液，然后采用乙醇进行清洗，用气枪吹干模型表面的乙醇，将干燥后的3D打印模型放入盛有去离子水的透明容器中，确保水能够没过3D打印模型，然后将容器和3D打印模型一起放入UV灯箱(波长为400～410)进行光固化处理5min，完成所述光固化3D打印模型的后处理。
实施例2
一种光固化3D打印模型的后处理方法，具体包括：将3D打印模型(丙烯酸类树脂)经过离心机沥干表面未固化的树脂液，然后采用乙醇进行清洗，用气枪吹干模型表面的乙醇，将干燥后的3D打印模型放入盛有去离子水的透明容器中，确保水能够没过3D打印模型，然后将容器和3D打印模型一起放入UV灯箱进行光固化处理2min，完成所述光固化3D打印模型的后处理。
实施例3
一种光固化3D打印模型的后处理方法，具体包括：将3D打印模型(丙烯酸类树脂)经过离心机沥干表面未固化的树脂液，然后采用乙醇进行清洗，用气枪吹干模型表面的乙醇，将干燥后的3D打印模型放入盛有去离子水的透明容器中，确保水能够没过3D打印模型，然后将容器和3D打印模型一起放入UV灯箱进行光固化处理3min，完成所述光固化3D打印模型的后处理。
对比例1
一种光固化3D打印模型的后处理方法，其与实施例1的区别仅在于，没有将干燥后的3D打印模型放入盛有去离子水的透明容器中，而是直接放入透明容器中再放入UV灯箱固化，其他步骤均与实施例1相同。
对比例2
一种光固化3D打印模型的后处理方法，其与实施例2的区别仅在于，没有将干燥后的3D打印模型放入盛有去离子水的透明容器中，而是直接放入透明容器中再放入UV灯箱固化，其他步骤均与实施例2相同。
对比例3
一种光固化3D打印模型的后处理方法，其与实施例3的区别仅在于，没有将干燥后的3D打印模型放入盛有去离子水的透明容器中，而是直接放入透明容器中再放入UV灯箱固化，其他步骤均与实施例3相同。
性能测试：
(1)硬度：采用邵氏硬度计对样品直接进行测试。
按照上述测试方法对经过实施例1～3和对比例1～3提供的后处理方法得到的光固化3D打印材料进行测试，测试结果如表1所示：
表1
邵氏硬度
实施例1
86
实施例2
85
实施例3
87
对比例1
77
对比例2
78
对比例3
80
根据表1数据可以看出：
采用本发明提供的后处理方法处理得到的光固化3D打印材料的硬度明显提升，实施例1～3得到的光固化3D打印材料的邵氏硬度为85～87，且硬度的提升有助于材料表面抗划伤能力的提升。
比较实施例1和对比例1，实施例2和对比例2，实施例3和对比例3可以看出，本发明提供的后处理方法相较于现有技术中直接在空气中进行固化的方法相比，有助于提升材料的硬度。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种光固化3D打印模型的后处理方法及其应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
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