本發(fā)明涉及一種用于3D打印領(lǐng)域的堿性溶劑體系殼聚糖及其制備方法。

背景技術(shù)：

3D打印技術(shù)與普通打印工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。由于其在成形原理上采用了層層疊加的方式，故加工工藝不受實(shí)體原形復(fù)雜程度的影響，可以實(shí)現(xiàn)具有復(fù)雜外輪廓形狀的制品制備。

殼聚糖是目前自然界中唯一發(fā)現(xiàn)的堿性糖類天然高分子，其產(chǎn)量?jī)H次于纖維素，地球上每年生物合成量近千億噸，資源極其豐富。

殼聚糖具有良好的生物相容性和生物降解性，降解產(chǎn)物對(duì)人體無(wú)毒害作用，目前在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用，已開發(fā)和潛在的應(yīng)用實(shí)例包括人皮膚(創(chuàng)傷敷料)、手術(shù)縫合線與骨修復(fù)材料、抗凝血?jiǎng)┖腿斯ね肝瞿ぁ⑺幬镏苿┖退幬镝尫艅┑?。此外，因殼聚糖具有一定的抗菌作州，可抑制?xì)菌、毒菌生長(zhǎng)，因此常加于腌制食品中或用于海產(chǎn)、水果等保鮮等。但殼聚糖分子間具有強(qiáng)烈的氫鍵作用，形成了有序的大分子結(jié)構(gòu)，溶解性能很差，限制了其在許多方面的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)殼聚糖資源豐富但應(yīng)用面宅的特點(diǎn)，本發(fā)明提出一種用于3D打印的堿性溶劑體系殼聚糖及其制備方法，實(shí)現(xiàn)殼聚糖在工業(yè)領(lǐng)域方面的應(yīng)用。

本發(fā)明以堿性溶劑體系殼聚糖作為3D打印的原材料，通過(guò)激光束加熱的方式使殼聚糖溶液固化進(jìn)而完成復(fù)雜外輪廓形狀的制品制造。具體包括以下內(nèi)容：

(1)堿性溶劑體系殼聚糖的制備：將脫乙酰度為40-80％、分子量20-100萬(wàn)的殼聚糖粉末分散在堿性溶液中，攪拌使其充分溶脹，將充分溶脹的殼聚糖懸浮液在-20-0℃之間反復(fù)冷凍解凍數(shù)次，得到穩(wěn)定的殼聚糖溶液。其中，溶解殼聚糖的堿性溶劑組分及其重量百分含量為：NaOH4％-8％，尿素4-12％，其余為水。

(2)3D打印模型的建立：首先用計(jì)算機(jī)三維造型軟件對(duì)所要制備的零件模型進(jìn)行三維建模；其次利用計(jì)算機(jī)軟件三維模型進(jìn)行分層掃描，將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的加工信息以便為后續(xù)打印提供合理有效的路徑。

(3)完成三維模型的打?。簩⒅苽渫瓿傻膲A性溶劑體系殼聚糖溶液注入到3D打印設(shè)備的液槽內(nèi)，并確保工作平臺(tái)位于液面之下。隨后啟動(dòng)3D打印設(shè)備，在激光束的照射下開始對(duì)溶液進(jìn)行加熱，使之產(chǎn)生固化。為提高加工速度，可對(duì)溶劑體系殼聚糖溶液進(jìn)行適當(dāng)預(yù)熱，然后再將聚焦后的激光束在液面上按3D打印機(jī)指令由點(diǎn)到線，由線到面逐點(diǎn)掃描，掃面到的地方殼聚糖溶液被進(jìn)一步加熱后固化，而未掃描的地方仍然是液態(tài)殼聚糖溶液，當(dāng)一個(gè)層面掃描完成后，升降臺(tái)下降一個(gè)層片厚度的距離，重新覆蓋一層殼聚糖溶液，再次進(jìn)行第二層掃描，新固化的一層牢固地粘接在前一層上，如此重復(fù)直到整個(gè)復(fù)雜的三維模型被打印完成。

本發(fā)明采用堿性溶劑體系殼聚糖作為加工原料進(jìn)行3D打印，堿性溶劑溶解殼聚糖可得到穩(wěn)定的殼聚糖溶液，避免了酸性溶液溶解殼聚糖對(duì)其的降解而導(dǎo)致性能下降。采用3D打印可成形任意復(fù)雜形狀的零件，尤其能快速制造出各種經(jīng)濟(jì)模具，具有成形精度高的優(yōu)點(diǎn)，可達(dá)±0.1mm左右的制造精度。堿性溶劑體系殼聚糖制備方便，無(wú)毒性，符合綠色制造趨勢(shì)，也實(shí)現(xiàn)了殼聚糖在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1為3D打印堿性溶劑體系殼聚糖工藝原理圖；

圖中：1-液槽 2-堿性溶劑體系殼聚糖 3-工作平臺(tái) 4-加熱激光束發(fā)射器 5-成形零件 6-刮平器 7-升降臺(tái)

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式以堿性溶劑體系殼聚糖作為3D打印的原材料，通過(guò)激光束加熱的方式使殼聚糖溶液固化進(jìn)而完成復(fù)雜外輪廓形狀的制品制造。具體是通過(guò)以下述步驟完成的：

步驟一：完成堿性溶劑體系殼聚糖的制備，將脫乙酰度為40-80％、分子量20-100萬(wàn)的殼聚糖粉末分散在堿性溶液中，攪拌使其充分溶脹，隨后將充分溶脹的殼聚糖懸浮液在-20-0℃之間反復(fù)冷凍解凍數(shù)次，得到穩(wěn)定的殼聚糖溶液，完成堿性溶劑體系殼聚糖的制備。

步驟二：完成3D打印模型的建立，用計(jì)算機(jī)三維造型軟件(solidworks或UG、CAD等)對(duì)所要制備的零件模型進(jìn)行三維建模，并利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)三維模型進(jìn)行分層掃描，將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的加工信息以便為后續(xù)打印提供合理有效的路徑。

步驟三：進(jìn)行三維模型的打印，首先將制備完成的堿性溶劑體系殼聚糖溶液2注入到3D打印設(shè)備的液槽1內(nèi)，確保工作平臺(tái)3位于殼聚糖溶液2的液面之下，并對(duì)堿性溶劑體系殼聚糖溶液2進(jìn)行預(yù)熱，然后啟動(dòng)3D打印設(shè)備，激光發(fā)射器4發(fā)射加熱激光束，在激光束的照射下開始對(duì)殼聚糖溶液2進(jìn)行加熱使之發(fā)生固化。成形作業(yè)時(shí)，聚焦后的激光束在液面上按3D打印機(jī)指令由點(diǎn)到線，由線到面逐點(diǎn)掃描，掃面到的地方殼聚糖溶液2被加熱完成固化形成成形零件5 的一部分，而未掃描的地方仍然是液態(tài)殼聚糖溶液2，當(dāng)一個(gè)層面掃描完成后，需啟動(dòng)刮平器6對(duì)該層進(jìn)行光整及刮平加工，隨后升降臺(tái)7下降一個(gè)層片厚度的距離，使得液面工件5頂端重新覆蓋一層殼聚糖溶液2，再次進(jìn)行第二層掃描，新固化的一層牢固地粘接在前一層上，如此重復(fù)直到整個(gè)復(fù)雜的三維模型被打印完成。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：所述的堿性溶劑由NaOH、尿素和水制成。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至二不同的是：所述堿性溶劑中NaOH的含量占?jí)A性溶劑總重量的百分比為4％-8％。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三不同的是：所述堿性溶劑中尿素的含量占?jí)A性溶劑總重量的百分比為4-12％。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四不同的是：所述堿性溶劑中水的含量占?jí)A性溶劑總重量的百分比為80-92％。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至四相同。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：所述的激光束對(duì)堿性溶劑體系殼聚糖溶液進(jìn)行掃描加熱時(shí)，發(fā)生固化的溫度需達(dá)到60-80℃。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：對(duì)所述的堿性溶劑體系殼聚糖溶液進(jìn)行預(yù)熱時(shí)，應(yīng)使堿性溶劑體系殼聚糖溶液的溫度達(dá)到30℃左右。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。