本发明涉及一种用于3D打印领域的碱性溶剂体系壳聚糖及其制备方法。
背景技术：
3D打印技术与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。由于其在成形原理上采用了层层叠加的方式，故加工工艺不受实体原形复杂程度的影响，可以实现具有复杂外轮廓形状的制品制备。
壳聚糖是目前自然界中唯一发现的碱性糖类天然高分子，其产量仅次于纤维素，地球上每年生物合成量近千亿吨，资源极其丰富。
壳聚糖具有良好的生物相容性和生物降解性，降解产物对人体无毒害作用，目前在生物医学领域得到了一定的应用，已开发和潜在的应用实例包括人皮肤(创伤敷料)、手术缝合线与骨修复材料、抗凝血剂和人工透析膜、药物制剂和药物释放剂等。此外，因壳聚糖具有一定的抗菌作州，可抑制细菌、毒菌生长，因此常加于腌制食品中或用于海产、水果等保鲜等。但壳聚糖分子间具有强烈的氢键作用，形成了有序的大分子结构，溶解性能很差，限制了其在许多方面的应用。
技术实现要素：
针对壳聚糖资源丰富但应用面宅的特点，本发明提出一种用于3D打印的碱性溶剂体系壳聚糖及其制备方法，实现壳聚糖在工业领域方面的应用。
本发明以碱性溶剂体系壳聚糖作为3D打印的原材料，通过激光束加热的方式使壳聚糖溶液固化进而完成复杂外轮廓形状的制品制造。具体包括以下内容：
(1)碱性溶剂体系壳聚糖的制备：将脱乙酰度为40-80％、分子量20-100万的壳聚糖粉末分散在碱性溶液中，搅拌使其充分溶胀，将充分溶胀的壳聚糖悬浮液在-20-0℃之间反复冷冻解冻数次，得到稳定的壳聚糖溶液。其中，溶解壳聚糖的碱性溶剂组分及其重量百分含量为：NaOH4％-8％，尿素4-12％，其余为水。
(2)3D打印模型的建立：首先用计算机三维造型软件对所要制备的零件模型进行三维建模；其次利用计算机软件三维模型进行分层扫描，将其转化为相应的加工信息以便为后续打印提供合理有效的路径。
(3)完成三维模型的打印：将制备完成的碱性溶剂体系壳聚糖溶液注入到3D打印设备的液槽内，并确保工作平台位于液面之下。随后启动3D打印设备，在激光束的照射下开始对溶液进行加热，使之产生固化。为提高加工速度，可对溶剂体系壳聚糖溶液进行适当预热，然后再将聚焦后的激光束在液面上按3D打印机指令由点到线，由线到面逐点扫描，扫面到的地方壳聚糖溶液被进一步加热后固化，而未扫描的地方仍然是液态壳聚糖溶液，当一个层面扫描完成后，升降台下降一个层片厚度的距离，重新覆盖一层壳聚糖溶液，再次进行第二层扫描，新固化的一层牢固地粘接在前一层上，如此重复直到整个复杂的三维模型被打印完成。
本发明采用碱性溶剂体系壳聚糖作为加工原料进行3D打印，碱性溶剂溶解壳聚糖可得到稳定的壳聚糖溶液，避免了酸性溶液溶解壳聚糖对其的降解而导致性能下降。采用3D打印可成形任意复杂形状的零件，尤其能快速制造出各种经济模具，具有成形精度高的优点，可达±0.1mm左右的制造精度。碱性溶剂体系壳聚糖制备方便，无毒性，符合绿色制造趋势，也实现了壳聚糖在工业领域的应用。
附图说明
图1为3D打印碱性溶剂体系壳聚糖工艺原理图；
图中：1-液槽 2-碱性溶剂体系壳聚糖 3-工作平台 4-加热激光束发射器 5-成形零件 6-刮平器 7-升降台
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式以碱性溶剂体系壳聚糖作为3D打印的原材料，通过激光束加热的方式使壳聚糖溶液固化进而完成复杂外轮廓形状的制品制造。具体是通过以下述步骤完成的：
步骤一：完成碱性溶剂体系壳聚糖的制备，将脱乙酰度为40-80％、分子量20-100万的壳聚糖粉末分散在碱性溶液中，搅拌使其充分溶胀，随后将充分溶胀的壳聚糖悬浮液在-20-0℃之间反复冷冻解冻数次，得到稳定的壳聚糖溶液，完成碱性溶剂体系壳聚糖的制备。
步骤二：完成3D打印模型的建立，用计算机三维造型软件(solidworks或UG、CAD等)对所要制备的零件模型进行三维建模，并利用计算机软件对三维模型进行分层扫描，将其转化为相应的加工信息以便为后续打印提供合理有效的路径。
步骤三：进行三维模型的打印，首先将制备完成的碱性溶剂体系壳聚糖溶液2注入到3D打印设备的液槽1内，确保工作平台3位于壳聚糖溶液2的液面之下，并对碱性溶剂体系壳聚糖溶液2进行预热，然后启动3D打印设备，激光发射器4发射加热激光束，在激光束的照射下开始对壳聚糖溶液2进行加热使之发生固化。成形作业时，聚焦后的激光束在液面上按3D打印机指令由点到线，由线到面逐点扫描，扫面到的地方壳聚糖溶液2被加热完成固化形成成形零件5 的一部分，而未扫描的地方仍然是液态壳聚糖溶液2，当一个层面扫描完成后，需启动刮平器6对该层进行光整及刮平加工，随后升降台7下降一个层片厚度的距离，使得液面工件5顶端重新覆盖一层壳聚糖溶液2，再次进行第二层扫描，新固化的一层牢固地粘接在前一层上，如此重复直到整个复杂的三维模型被打印完成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的碱性溶剂由NaOH、尿素和水制成。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一至二不同的是：所述碱性溶剂中NaOH的含量占碱性溶剂总重量的百分比为4％-8％。其它步骤及参数与具体实施方式一至二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：所述碱性溶剂中尿素的含量占碱性溶剂总重量的百分比为4-12％。其它步骤及参数与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四不同的是：所述碱性溶剂中水的含量占碱性溶剂总重量的百分比为80-92％。其它步骤及参数与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的激光束对碱性溶剂体系壳聚糖溶液进行扫描加热时，发生固化的温度需达到60-80℃。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：对所述的碱性溶剂体系壳聚糖溶液进行预热时，应使碱性溶剂体系壳聚糖溶液的温度达到30℃左右。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。