本發(fā)明涉及一種給3D打印產(chǎn)品著色的方法，尤其涉及一種利用微球給3D打印產(chǎn)品著色的方法。

背景技術(shù)：

3D打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)，它是一種以三維數(shù)字模型或其他電子數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或高分子化合物等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造三維產(chǎn)品的技術(shù)。3D打印技術(shù)能夠?qū)⒁?guī)?；笊a(chǎn)演變?yōu)槿舾蓚€體，拋棄傳統(tǒng)機床、模型模具，打破集約化生產(chǎn)的傳統(tǒng)模式。目前，3D打印技術(shù)在服裝、汽車、飛機、建筑、電動汽車與發(fā)電機、武器、醫(yī)藥(醫(yī)療器械，生物打印)、電腦和機器人，以及太空等工業(yè)領(lǐng)域都實現(xiàn)了批量應(yīng)用，同時也展現(xiàn)出了巨大的發(fā)展?jié)摿颓熬啊?/p>

3D打印根據(jù)材料與打印方法可以分為多個類型，如根據(jù)打印機類型可以分為熔融擠壓型、金屬線路型、顆粒型、粉末噴墨針頭型、層積型和光聚合型。目前實現(xiàn)彩色3D打印的方法主要是在原料或者打印機上面下功夫，即通過在擠出型打印原料高聚物里面添加有色顏料，或者是在打印機中添加后續(xù)的實現(xiàn)染色的功能部件。實現(xiàn)3D打印成品彩色化對于拓展其應(yīng)用空間和加快3D打印產(chǎn)業(yè)化具有重要的意義。

結(jié)構(gòu)色是一種物理生色機制，是通過光與微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉、衍射、散射等一系列相互作用而形成顏色的現(xiàn)象。不同于染料、顏料等色素發(fā)色機制，結(jié)構(gòu)色只要微觀結(jié)構(gòu)不被破壞，就能保持永不褪色。同時，它避免了化學(xué)染色帶來的環(huán)境污染，在印染、化妝品、顯示材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有3D打印的成品大多顏色單一，而且能夠?qū)崿F(xiàn)在原料中添加顏料的打印方法很少，目前使用較多的是在熱融堆積成型法中使用一些預(yù)著色的高聚物。對于一些其他方法如光固化3D打印，原料顏色非常單一，顏料的添加有可能會破壞3D打印的光固化過程，造成最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定或缺陷。這些不易實現(xiàn)打印、著色一步到位的材料或技術(shù)就需要后續(xù)的著色工藝。為此，找到一種簡便快速的著色方法對于實現(xiàn)3D打印材料染色具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種霧化微球分散液給3D打印產(chǎn)品著色的方法。

本發(fā)明的一種利用微球給3D打印產(chǎn)品著色的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將聚苯乙烯(PS)微球、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)微球、二氧化硅(SiO₂)微球、由聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲脂為基體修飾的微球分散于水中，并加入水性粘合劑，形成一定濃度的微球的水分散液，濃度沒有特定要求，優(yōu)選微球濃度為2-10％。

(2)通過超聲式或壓縮空氣式霧化器將微球的水分散液霧化成霧氣，并將待染色的3D打印產(chǎn)品置于所述霧氣中霧化，霧化時間可調(diào)。

(3)為避免3D打印產(chǎn)品表面有大量水汽冷凝，每隔3-5min將其放在40-60℃的烘箱中烘干霧化后的3D打印產(chǎn)品，重復(fù)幾次，即可在3D打印產(chǎn)品表面形成結(jié)構(gòu)色涂層，如果顏色較淡，可以再次霧化，可以根據(jù)需要反復(fù)霧化、烘干若干次，以達(dá)到比較好的效果。

進(jìn)一步的，步驟(1)中，所述微球直徑為100-400nm。

進(jìn)一步的，步驟(1)中，所述基體修飾為接枝、共聚和羥基化中的一種或幾種。

進(jìn)一步的，步驟(1)中，所述水性粘合劑為聚乙烯醇(PVA)、明膠、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚丙烯酸酯(PA)中的一種或幾種。

進(jìn)一步的，步驟(1)中，所述水性粘合劑占微球質(zhì)量的2-20％。

進(jìn)一步的，步驟(2)中，霧化時間10-40min。

借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明提出一種直接霧化膠體微球水分散液的方法，使納米微球能夠均勻分散到3D打印產(chǎn)品表面形成短程有序，長程無序的結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出鮮艷的顏色。這種方法快速而高效，不需要平整的基底，而可以在任意不規(guī)則表面上快速堆積，可以對暴露在蒸汽中的所有面實現(xiàn)同步著色。通過在膠體微球中添加PVA等粘合劑可以保證納米微球的涂層保持較好的機械強度。同時該方法成本低廉，簡便易行，在對3D打印成品進(jìn)行著色等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施例1中使用SiO₂微球水分散液給3D打印產(chǎn)品染色流程示意圖，以及未染色的3D打印產(chǎn)品圖(左下角)；

圖2是本發(fā)明的實施例中所用的SiO₂微球的SEM照片圖，尺寸分別為212nm(a，實施例2)、262nm(b，實施例1)、308nm(c，實施例3)；

圖3是本發(fā)明的實施例1中使用SiO₂微球給3D打印樹脂玩具基底進(jìn)行染色后的光學(xué)照片圖；圖3a為整體圖，圖3b、3c、3d分別為局部細(xì)節(jié)放大圖；

圖4是本發(fā)明的實施例2(圖4a)、3(圖4b)中使用SiO₂微球給3D打印樹脂玩具基底進(jìn)行染色后的光學(xué)照片圖。

圖5是本發(fā)明的實施例4中使用PS微球(圖a)給3D打印樹脂玩具基底進(jìn)行染色后的光學(xué)照片圖(圖b)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

實施例1

利用SiO₂微球給3D打印產(chǎn)品染色，包括以下步驟：

制備10ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5％的直徑為212nm的SiO₂微球的水分散液，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％(占SiO₂微球的質(zhì)量)的聚乙烯醇，裝入普通超聲霧化器，以光固化樹脂3D打印形成的玩具為基底，放置于霧化的氣體中，然后每隔3-5min放置于60℃烘箱中烘干，重復(fù)幾次，總霧化時長為30min，最終得到藍(lán)色結(jié)構(gòu)色涂層，如圖1所示的示意圖。如圖2a所示，為本實施例中所用的SiO₂微球的SEM照片；圖3a是本發(fā)明實施例得到的3D打印樹脂玩具基底進(jìn)行二氧化硅微球沉積結(jié)構(gòu)色涂層后的光學(xué)照片，圖3b、3c、3d分別為局部細(xì)節(jié)放大圖，可以看到形成的結(jié)構(gòu)色涂層均勻包覆在所有面上，也即是進(jìn)行了較好的染色。

實施例2

利用SiO₂微球(如圖2b所示)給3D打印產(chǎn)品染色，包括以下步驟：

制備10ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5％的直徑為262nm的SiO₂微球水分散液，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％(占SiO₂微球的質(zhì)量)的聚乙烯醇，裝入普通超聲霧化器，以光固化樹脂3D打印形成的玩具為基底，放置于霧化的氣體中，然后每隔3-5min放置于60℃烘箱中烘干，重復(fù)幾次，總霧化時長為30min，最終得到橙紅色結(jié)構(gòu)色涂層。

實施例3

利用SiO₂微球(如圖2c所示)給3D打印產(chǎn)品染色，包括以下步驟：

制備10ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5％的直徑為308nm的SiO₂微球水分散液，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％(占SiO₂微球的質(zhì)量)的聚乙烯醇，裝入普通超聲霧化器，以光固化樹脂3D打印形成的玩具為基底，放置于霧化的氣體中，然后每隔3-5min放置于60℃烘箱中烘干，重復(fù)幾次，總霧化時長為30min，最終得到藍(lán)紫色結(jié)構(gòu)色涂層。

圖4是施例2(圖4a)和實施例3(圖4b)用不同尺寸二氧化硅微球分散液給3D打印樹脂玩具進(jìn)行進(jìn)行染色后的照片，262nm和308nm二氧化硅微球分別得到橙紅色(a)和藍(lán)紫色(b)的樣品，表明通過控制微球尺寸，可以進(jìn)行任意顏色的染色。

實施例4

利用PS微球(如圖5a所示)給3D打印產(chǎn)品染色，包括以下步驟：

制備10ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的直徑為160nm的PS微球水分散液，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％(占PS微球的質(zhì)量)的聚丙烯酸酯(PA)，裝入普通超聲霧化器，以光固化樹脂3D打印形成的玩具為基底，放置于霧化的氣體中，然后每隔3-5min放置于60℃烘箱中烘干，重復(fù)幾次，總霧化時長為30min，最終得到如圖5b所示的淡青色結(jié)構(gòu)色涂層。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。