本發(fā)明屬于3D打印材料技術領域，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：

目前傳統(tǒng)的工藝品的制作原料分為三類：一是樹脂、陶土、面團、石膏、水泥，這類原料在制作工藝品時雖然具有塑性好、易制作的特點，但是該類原料制出的工藝品強度差、易變形，易破損，不耐水；樹脂之類的有機材料存在原材料成本高、制作過程會產生大量有害氣體、易燃、不環(huán)保等缺點。二是陶瓷、玻璃、金屬。這類原料制作工藝品時要求熱塑溫度高，制作起來不方便；三是木料、石料、金屬等，這類材料只能在設定好后進行減除，若加工出現破損無法做增加，表現形式有限，且材料浪費嚴重，導致造價高，部分石材還存在放射強度高等缺陷。

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模具，因鋼材成本高，導致制造成本高，不適合少量多樣產品之生產，且制造時間長，在做立體產品時會出現脫模困難等技術問題，因而會使產品合格率降低。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法回收利用，浪費材料且產生廢棄物。

技術實現要素：

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

本發(fā)明所采用的技術方案是：

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制作的α-半水石膏，其粒徑大小為1μm～150μm，抗壓強度≥25MPa；其生產工藝是：石膏原料經過三級破碎，均化，得到粒徑10～20cm的石膏塊，在反應釜中加熱至55℃～60℃，排除產生的冷凝水后通入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)氧樹脂和有機硅中的一種或任意幾種的混合物；所述的促凝劑為無水乙醇、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、有機硅類防水劑和滲透結晶防水劑(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、有機硅類防水劑和滲透結晶防水劑(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)明還有關于該3D打印工藝品油墨的制備方法：填料預處理：在研磨機中按配方加入固化劑和填料，轉速500～2000r/min，研磨4～12h；在攪拌器中按配方加入促凝劑，預處理填料和改性劑，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，制得基礎油墨；基礎油墨中加入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)明還有關于該3D打印工藝品油墨的使用方法：將質量百分比45～55％的3D打印工藝品油墨加入到45～55％的水中，充分攪拌，混合均勻，即可進行3D打印。

本發(fā)明的有益效果是：

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

(2)使用時加水調和即可、使用方便，無需澆注和脫模，能簡化后處理工藝，且固化時間短、收縮率小、成品率高。

(3)釋放靈感，解放傳統(tǒng)工藝品結構工藝：在傳統(tǒng)的工藝品制造過程中，由于結構或工藝的限制，許多優(yōu)秀設計師的創(chuàng)意靈感只能束之高閣。而3D打印不再需要經過大量的鑄造、切割和其它工序即可實現復雜的造型。由于采用了增材制造方式，與傳統(tǒng)的減材生產方式相比，不會浪費原料，不產生廢棄物。

(4)本發(fā)明的3D打印工藝品油墨能夠達到較高強度，抗壓強度不低于60MPa，抗折強度不低于10MPa，即強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產品設計可以加入顏料，無需上色工藝，且顏料與其他材料混合均勻，色彩表達效果好。

(6)成本低、工藝簡單、制作過程無污染、無毒氣體排出。

(7)本發(fā)明的3D打印工藝品油墨，可以回收再加工后重復使用。

具體實施方式

以下通過具體實施方式對本發(fā)明的內容作進一步說明，但不用于限定本發(fā)明的技術方案。

實施例1

石膏原料經過三級破碎，均化，得到粒徑10cm的石膏塊，在反應釜中加熱至55℃，排除產生的冷凝水后通入1.5MPa的飽和蒸汽，干燥6h，然后排走多余蒸汽；干燥3小時，壓力0.5MPa，溫度150℃，干燥8h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；

在研磨機中加入DETA10.0g和納米碳化硅155.0g，轉速500r/min，研磨12h；

在攪拌器中加入無水乙醇50.0g，經過研磨的納米碳化硅和DETA的混合物，環(huán)氧樹脂180.0g，混合均勻，50℃保溫6h后，按配方加入600.0g石膏粉，群青藍顏料5.0g，混合均勻，即得基礎油墨1000g。

950g基礎油墨中加入20g由8g聚乙稀醇、5g石蠟、7g滲透結晶防水劑(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，充分攪拌，混合均勻，即可進行3D打印。

實施例2

石膏原料經過三級破碎，均化，得到粒徑20cm的石膏塊，在反應釜中加熱至60℃，排除產生的冷凝水后通入3.5MPa的飽和蒸汽，干燥5h，然后排走多余蒸汽；干燥2小時，壓力0.3MPa，溫度160℃，干燥7h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；

在研磨機中加入DETA200.0g和納米碳化硅20.0g，轉速2000r/min，研磨4h；

在攪拌器中加入無水乙醇5.0g，經過研磨的納米碳化硅和DETA的混合物，環(huán)氧樹脂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，得基礎油墨1000g。

790g基礎油墨中加入100g由35g聚乙稀醇、12g石蠟、38g有機硅類防水劑和15g滲透結晶防水劑(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，充分攪拌，混合均勻，即可進行3D打印。

實施例3

石膏原料經過三級破碎，均化，得到粒徑15cm的石膏塊，在反應釜中加熱至57℃，排除產生的冷凝水后通入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，壓力0.4MPa，溫度155℃，干燥7.5h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；

在研磨機中加入DETA5.0g和納米碳化硅20.0g，轉速1000r/min，研磨8h；

在攪拌器中加入無水乙醇5.0g，經過研磨的納米碳化硅和DETA的混合物，環(huán)氧樹脂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，即得基礎油墨1000g。

870g基礎油墨中加入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，充分攪拌，混合均勻，即可進行3D打印。

實施例4

石膏原料經過三級破碎，均化，得到粒徑10cm的石膏塊，在反應釜中加熱至60℃，排除產生的冷凝水后通入3.0MPa的飽和蒸汽，干燥6h，然后排走多余蒸汽；干燥2小時，壓力0.5MPa，溫度150℃，干燥7h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；

在研磨機中加入DETA100.0g和納米碳化硅200.0g，轉速1250r/min，研磨10h；

在攪拌器中加入無水乙醇25.0g，經過研磨的納米碳化硅和DETA的混合物，環(huán)氧樹脂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，得基礎油墨1000g。

800g基礎油墨中加入97g由34g石蠟和63g滲透結晶防水劑(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，充分攪拌，混合均勻，即可進行3D打印。

實施例5

石膏原料經過三級破碎，均化，得到粒徑10cm的石膏塊，在反應釜中加熱至55℃，排除產生的冷凝水后通入1.5MPa的飽和蒸汽，干燥6h，然后排走多余蒸汽；干燥3小時，壓力0.5MPa，溫度150℃，干燥8h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；

在研磨機中加入DETA10.0g和超細二氧化硅粉155.0g，轉速500r/min，研磨12h；

在攪拌器中加入無水乙醇50.0g，經過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，孔雀藍顏料5.0g，混合均勻，得基礎油墨1000g。

850g基礎油墨中加入80g由30g聚乙稀醇、22g石蠟和28g有機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，充分攪拌，混合均勻，即可進行3D打印。

實施例6

石膏原料經過三級破碎，均化，得到粒徑20cm的石膏塊，在反應釜中加熱至60℃，排除產生的冷凝水后通入3.5MPa的飽和蒸汽，干燥5h，然后排走多余蒸汽；干燥2小時，壓力0.3MPa，溫度160℃，干燥7h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；

在研磨機中加入乙二胺200.0g和納米碳化硅20.0g，轉速2000r/min，研磨4h；

在攪拌器中加入乙酸乙酯5.0g，經過研磨的納米碳化硅和乙二胺的混合物，有機硅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，得基礎油墨1000g。

880g基礎油墨中加入96g有機硅類防水劑、20g平均粒徑為100μm玻璃纖維粉和4g群青藍顏料，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，充分攪拌，混合均勻，即可進行3D打印。

實施例7

石膏原料經過三級破碎，均化，得到粒徑15cm的石膏塊，在反應釜中加熱至57℃，排除產生的冷凝水后通入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，壓力0.4MPa，溫度155℃，干燥7.5h，干燥后的物料粉磨得石膏粉；

在研磨機中加入3-二乙胺基丙胺(DEAPA)5.0g和超細二氧化硅粉20.0g，轉速1000r/min，研磨8h；

在攪拌器中加入乙酸乙酯5.0g，經過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，得基礎油墨1000g。

940g基礎油墨中加入20g滲透結晶防水劑(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，充分攪拌，混合均勻，即可進行3D打印。