本发明属于喷墨打印技术领域，具体涉及一种自动修平的喷墨3D打印材料的配方及其制备方法。
背景技术：
3D打印机用于商业已有大约30年历史了，对相关领域的专业人士而言早已不再是新鲜技术。在过去30年里，它已经被设计师、工程师以及科学家用来制造一次性的机械产品以及模型。有了3D打印机，我们可以将自己想象出来的任意物品在电脑中建立模型，通过打印机将其化为实物。不同种类的3D打印技术因所用成型材料不同，成型原理和系统特点也各有不同，但是其基本原理都是一样的，那就是“分层制造，逐层叠加”。目前3D打印技术主要包括喷墨式、容积成型式和激光烧结式。喷墨3D打印技术可以通过喷头将主材料按设定的模型喷出，根据设定还可以在同一个模型中选择不同的材质和不同的着色剂，使一个模型根据需要可选择不同材质和色彩。喷墨3D打印机操作简单，选材广泛，得到了飞速发展。市场上现有的喷墨3D 打印机都是通过打印喷头喷射出所有模型所需材料，材料包括主材料和支撑材料，如果需要打印彩色模型可以根据需要在喷头材料中加入不同颜色的着色剂，喷出的材料含有光引发剂，在光照的条件下光引发剂引发反应固化反应，这种固化反应就跟盖房子一样，一层一层累积起来成型，最后通过后处理把支撑材料去掉以得到所需要的模型，如以色列Objet公司的3D打印机。这种技术缺陷表现为每层累积的墨点因打印头分辨率的不足而始终会形成线条形凸起，线条与线条之间总是存在明显的凹陷。由于后期支撑材料的去除工艺繁琐，这极大影响了3D喷墨打印机的工作效率。所有材料都从喷头喷出，由于喷头喷孔的限制，只能选择分子量较小的主材料，这也限制了主材料的选择范围。
传统的激光固化工艺采用激光辐射烧结固化原理，即将所需的所有固化材料放到一个支撑台或者液槽中，通过辐射固化形成所需形状，但是该混合物只能是单一材质、单一颜色，而且由于激光固化操作条件要求高，选材范围窄。由于这种工艺采用的是辐射烧结固化原理，与引发剂引发光固化原理生成的模型弹性、硬度及光泽等材料特性欠佳，这些缺陷极大的束缚了3D打印技术的发展。
针对现有技术存在的不足，提出本发明。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种自动修平的喷墨3D打印材料的配方及其制备方法，该打印材料分为喷射材料和成型材料，打印层因在成型材料的液态下打印，打印时喷头喷出来的墨点在紫外灯的照射下，与液槽中成型材料固化成型后，固化的固体通过支撑台下降至液态成型材料的液面以下重新打印第二层，这就使喷头喷出的墨点始终处在一个平面上，解决了现有技术中产品表面不平的问题，而且不需要喷头打印支撑材料，液槽不接触喷射材料的地方不引发反应，始终处在液态，避免了后期对支撑材料的处理，极大的提高了打印效率。打印时，喷射材料可以根据需要选择不同的材质和不同的颜色，加入相应的墨盒中，通过打印设置，实现多种材质一体化的彩色打印。成型材料不需要经过喷头，这就扩大了这部分成型材料的选择范围，只要是液态的紫外固化的单体及低聚物都可以作为成型材料。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种自动修平的喷墨3D打印材料的配方，包括喷射材料和成型材料：
所述喷射材料为3D打印机喷头喷出的材料，按重量份所述喷射材料的组分包括：
光引发剂 1-10
紫外光固化的不饱和单体 75-98
表面活性剂 0.1-1
所述成型材料为液槽中用于提供液态平面的材料，同时当喷头向液槽支撑台上按照打印设置的形状喷射喷射材料时，喷射材料与支撑台上的成型材料接触混合的部分在紫外光照射下引发固化反应成型，不接触的部分仍为液态，按重量份所述成型材料的组分包括：
紫外光固化的不饱和单体 98-99.9
表面活性剂 0.1-2
喷射材料与成型材料在模型中的组分配比主要由喷射材料和成型材料的中含有的紫外光固化的不饱和单体的固化速度决定的，一般喷射材料的固化速度比成型材料的固化速度要快一些，所以按重量份喷射材料为60-80，成型材料为40-20。
进一步的，喷射材料还包括着色剂，按重量份所述着色剂加入量不高于5。
进一步的，通过改变喷射材料中紫外光固化的不饱和单体的种类，调配多种材质的喷射材料，并在调配的各喷射材料中加入相应的着色剂，调配成所需的材质和相应色彩的喷射材料。
进一步的，喷射材料中的光引发剂为：1-羟基-环己基-苯基甲酮，2-苯基苄-2-二甲基胺-1-(4-吗啉苄苯基)丁酮，双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化磷、异丙基硫杂蒽酮中的一种或多种的混合物。
进一步的，紫外光固化的不饱和单体为：二丙烯酸-1,6-己二醇酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三聚丙二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、聚酯丙烯酸树脂，聚氨酯丙烯酸树脂、环氧树脂丙烯酸树脂、丙烯酸树脂中的一种或多种的混合物。其中，作为成型材料可选择的紫外光固化的不饱和单体的范围更宽，只要是液体的紫外光固化的树脂即可。
进一步的，喷射材料在25℃下粘度为10cp～50cp，表面张力为20-50达因。
进一步的，成型材料在25℃下粘度为10-200cp，表面张力为20-40达因，能更好的流平。
本发明还提供了一种自动修平的喷墨3D打印材料的配方的制备方法，包括以下步骤：
喷射材料的制备：避光下，按重量份将光引发剂、紫外光固化的单体及表面活性剂加入一个带搅拌的容器中，在搅拌下混合均匀，然后缓慢加热，让引发剂充分溶解并形成均匀混合物，降温后用滤膜进行过滤，即得到喷射材料；
成型材料的制备：避光下，按重量份将紫外光固化的单体和表面活性剂加入一个带搅拌的容器中，常温下充分搅拌均匀即得成型材料。
进一步的，喷射材料的制备，光引发剂、紫外光固化的不饱和单体及表面活性剂加入一种带搅拌的容器中，搅拌混合均匀后缓慢加热到40-60℃，加热时间为10-60分钟，然后将温度降到20-30℃，过用1微米的滤膜过滤即得。
进一步的，喷射材料的制备中，当光引发剂、紫外光固化的不饱和单体及表面活性剂搅拌均匀，并降温到20-30℃后，在搅拌的条件下缓慢加入着色剂，然后搅拌0.5-2小时，用1微米的滤膜过滤即得。
进一步的，成型材料的制备中，常温下搅拌时间为20-60分钟，粘度25℃时为10-200cp，表面张力25℃时为20-40达因
进一步的，得到的喷射材料在25℃时粘度为10cp～50cp，表面张力为20～50达因；得到的成型材料在25℃时粘度为10cp～200cp，表面张力为20～40达因。
具体实施方式
实施例1：
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种自动修平的喷墨3D打印材料的配方的蓝色的喷射材料包括：
着色剂 2.9g：
蓝色着色剂(PENN COLOR 9S1494) 2.9g
光引发剂 7g：
紫外光固化的不饱和单体 84g：
以上蓝色喷射材料在25℃下粘度为10cp，表面张力为20达因。
一种自动修平的喷墨3D打印材料的配方的红色的喷射材料包括：
着色剂 6.7g：
红色着色剂(PENN COLOR 9R1519) 6.7g
光引发剂 1g：
1-羟基-环己基-苯基甲酮 1g
紫外光固化的不饱和单体 75g：
新戊二醇二丙烯酸酯 48g
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 27g
表面活性剂 0.2g:
BYK3500 0.2g
以上红色喷射材料在25℃下粘度为25cp，表面张力为30达因。
以上喷射材料的制备方法为：
蓝色喷射材料的制备：在避光下，按照以上重量将光引发剂和紫外光固化的不饱和单体加入到一个带搅拌的容器中，在搅拌下混合均匀，搅拌速度在30转/分，然后缓慢加热到40℃，加热时间为10分钟，让引发剂充分溶解并形成均匀混合物，然后将温度降到20℃左右，在搅拌速度为50转/分下，将以上重量的蓝色着色剂缓慢加入容器中，搅拌约1小时，然后用1微米的滤膜进行过滤，即得蓝色喷射材料。
红色喷射材料的制备：在避光下，按照以上重量将光引发剂和紫外光固化的不饱和单体加入到一个带搅拌的容器中，在搅拌下混合均匀，搅拌速度在30转/分，然后缓慢加热到60℃，加热时间为60分钟，让引发剂充分溶解并形成均匀混合物，然后将温度降到30℃左右，在搅拌速度为50转/分下，将以上重量的红色着色剂缓慢加入容器中，搅拌约2小时，然后用1微米的滤膜进行过滤，即得蓝色喷射材料。
成型材料包括：
紫外光固化的不饱和单体 98g：
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 70g
季戊四醇三丙烯酸酯 12g
环氧树脂丙烯酸树脂 16g
表面活性剂:
BYK3500 2g
以上成型材料在25℃下粘度为10cp，表面活性为20达因。
以上成型材料的制备方法为：
在一个带搅拌的容器中加入以上重量的紫外光固化的不饱和单体和表面活性剂，然后在常温下搅拌20分钟，让其充分搅拌均匀即得，搅拌速度为30转/分。
将蓝色喷射材料和红色喷射材料分别加入3D打印机的墨盒1和墨盒2中，将成型材料加入一个液槽中，液槽内的底部设有一个可以通过螺杆控制升降高度的支撑台，成型材料的液面高于支撑台一层打印堆积的高度。
通过计算机软件CAD创建需要打印的模型，然后输入到3D打印机中，进行打印设置。
设置完毕后启动打印机，通过喷头将包含光引发剂、紫外固化的不饱和单体及表面活性剂的喷射材料按照打印设置的形状喷射到支撑台的液面上，喷头喷出的喷射材料与液槽中的成型材料混合后，在光引发剂的作用下，经过紫外光的照射发生固化反应形成固体，然后支撑台通过螺杆控制下降使形成的固体下沉至液面下，每次下降的高度可以设定为每次打印堆积的高度，然后液槽中的液体在固体上面自动流平，重新形成一个非常平整的或可接受的液面层，依次重复上述打印动作，最后得到所需包括蓝色和红色两种颜色两种材质的模型。液槽里的不接触光引发剂的混合物不会发生固化反应，始终保持液体状态。
实施例2：
一种自动修平的喷墨3D打印材料的配方的喷射材料包括：
光引发剂 5.5g：
1-羟基-环己基-苯基甲酮 1g
异丙基硫杂蒽酮 2.5g
双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化磷 2g
紫外光固化的不饱和单体 81.5g：
2-苯基苄-2-二甲基胺-1-(4-吗啉苄苯基)丁酮 1.5g
新戊二醇二丙烯酸酯 48g
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 32g
表面活性剂 1g:
BYK3500 1g
以上喷射材料在25℃下粘度为25cp，表面张力为50达因。
以上喷射材料的制备方法为：
在避光下，按照以上重量将光引发剂、紫外光固化的不饱和单体和表面活性剂加入到一个带搅拌的容器中，在搅拌下混合均匀，搅拌速度在30转/分，然后缓慢加热到50℃，加热时间为30分钟，让引发剂充分溶解并形成均匀混合物，然后将温度降到30℃左右，然后用1微米的滤膜进行过滤，即得。
成型材料包括：
紫外光固化的不饱和单体 99g：
二丙烯酸-1,6-己二醇酯 70g
新戊二醇二丙烯酸酯 25g
聚酯丙烯酸树脂 4g
表面活性剂 1g:
BYK3500 1g
以上成型材料在25℃下粘度为100cp，表面活性为35达因。
以上成型材料的制备方法为：
在一个带搅拌的容器中加入以上重量的紫外光固化的不饱和单体和表面活性剂，然后在常温下搅拌60分钟，让其充分搅拌均匀即得，搅拌速度为30转/分。
将喷射材料加入3D打印机的墨盒中，将成型材料加入一个液槽中，液槽内的底部设有一个可以通过螺杆控制升降高度的支撑台，成型材料的液面高于支撑台一层打印堆积的高度。
通过计算机软件CAD创建需要打印的模型，然后输入到3D打印机中，进行打印设置。
设置完毕后启动打印机，通过喷头将包含光引发剂和紫外固化的不饱和单体及表面活性剂的混合物按照打印设置的形状喷射到支撑台的液面上，喷头喷出的喷射材料与液槽中的成型材料混合后，在光引发剂的作用下，经过紫外光的照射发生固化反应形成固体，然后支撑台通过螺杆控制下降使形成的固体下沉至液面下，每次下降的高度可以设定为每次打印堆积的高度，然后液槽中的液体在固体上面自动流平，重新形成一个非常平整的或可接受的液面层，依次重复上述打印动作，最后得到所需模型。液槽里的不接触光引发剂的混合物不会发生固化反应，始终保持液体状态。
实施例3：
一种自动修平的喷墨3D打印材料的配方的蓝色的喷射材料包括：
着色剂 11.1g：
黑色着色剂(PENN COLOR 9B989) 11.1g
光引发剂 7g：
紫外光固化的不饱和单体 88g：
季戊四醇三丙烯酸酯 28g
新戊二醇二丙烯酸酯 60g
表面活性剂 1g：
BYK3500 0.1g
以上喷射材料在25℃下粘度为50cp，表面张力为50达因。
以上喷射材料的制备方法为：
黑色喷射材料的制备：在避光下，按照以上重量将光引发剂、紫外光固化的不饱和单体及表面活性剂加入到一个带搅拌的容器中，在搅拌下混合均匀，搅拌速度在30转/分，然后缓慢加热到60℃，加热时间为10分钟，让引发剂充分溶解并形成均匀混合物，然后将温度降到30℃左右，在搅拌速度为50转/分下，将以上重量的黑色着色剂缓慢加入容器中，搅拌约0.5小时，然后用1微米的滤膜进行过滤，即得黑色喷射材料。
成型材料包括：
紫外光固化的不饱和单体 99.9g：
新戊二醇二丙烯酸酯 22g
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 28g
环氧树脂丙烯酸树脂 49.9g
表面活性剂 2g：
BYK3500 0.1g
BYK3510 0.1g
以上成型材料在25℃下粘度为200cp，表面活性为40达因。
以上成型材料的制备方法为：
在一个带搅拌的容器中加入以上重量的紫外光固化的不饱和单体和表面活性剂，然后在常温下搅拌50分钟，让其充分搅拌均匀即得，搅拌速度为20转/分。
将黑色喷射材料加入3D打印机的墨盒中，将成型材料加入一个液槽中，液槽内的底部设有一个可以通过螺杆控制升降高度的支撑台，成型材料的液面高于支撑台一层打印堆积的高度。
通过计算机软件CAD创建需要打印的模型，然后输入到3D打印机中，进行打印设置。
设置完毕后启动打印机，通过喷头将包含光引发剂和紫外固化的液体混合物按照打印设置的形状喷射到支撑台的液面上，喷头喷出的喷射材料与液槽中的成型材料混合后，在光引发剂的作用下，经过紫外光的照射发生固化反应形成固体，然后支撑台通过螺杆控制下降使形成的固体下沉至液面下，每次下降的高度可以设定为每次打印堆积的高度，然后液槽中的液体在固体上面自动流平，重新形成一个非常平整的或可接受的液面层，依次重复上述打印动作，最后得到所需的黑色模型。液槽里的不接触光引发剂的混合物不会发生固化反应，始终保持液体状态。
实施例4：
一种自动修平的喷墨3D打印材料的配方的喷射材料包括：
光引发剂 10g：
1-羟基-环己基-苯基甲酮 5.5g
异丙基硫杂蒽酮 2.5g
双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化磷 2g
紫外光固化的不饱和单体 98g：
2-苯基苄-2-二甲基胺-1-(4-吗啉苄苯基)丁酮 18g
新戊二醇二丙烯酸酯 48g
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 32g
表面活性剂 1g:
BYK3500 1g
以上喷射材料在25℃下粘度为35cp，表面张力为38达因。
以上喷射材料的制备方法为：
在避光下，按照以上重量将光引发剂、紫外光固化的不饱和单体和表面活性剂加入到一个带搅拌的容器中，在搅拌下混合均匀，搅拌速度在30转/分，然后缓慢加热到50℃，加热时间为30分钟，让引发剂充分溶解并形成均匀混合物，然后将温度降到30℃左右，然后用1微米的滤膜进行过滤，即得。
成型材料包括：
紫外光固化的不饱和单体 99.9g：
二丙烯酸-1,6-己二醇酯 70g
新戊二醇二丙烯酸酯 23g
聚酯丙烯酸树脂 6.9g
表面活性剂 1g:
BYK3500 2g
以上成型材料在25℃下粘度为180cp，表面活性为35达因。
以上成型材料的制备方法为：
在一个带搅拌的容器中加入以上重量的紫外光固化的不饱和单体和表面活性剂，然后在常温下搅拌60分钟，让其充分搅拌均匀即得，搅拌速度为30转/分。
将喷射材料加入3D打印机的墨盒中，将成型材料加入一个液槽中，液槽内的底部设有一个可以通过螺杆控制升降高度的支撑台，成型材料的液面高于支撑台一层打印堆积的高度。
通过计算机软件CAD创建需要打印的模型，然后输入到3D打印机中，进行打印设置。
设置完毕后启动打印机，通过喷头将包含光引发剂和紫外固化的不饱和单体及表面活性剂的混合物按照打印设置的形状喷射到支撑台的液面上，喷头喷出的喷射材料与液槽中的成型材料混合后，在光引发剂的作用下，经过紫外光的照射发生固化反应形成固体，然后支撑台通过螺杆控制下降使形成的固体下沉至液面下，每次下降的高度可以设定为每次打印堆积的高度，然后液槽中的液体在固体上面自动流平，重新形成一个非常平整的或可接受的液面层，依次重复上述打印动作，最后得到所需模型。液槽里的不接触光引发剂的混合物不会发生固化反应，始终保持液体状态。
喷头喷射出来的混合物通过调整配比一般在25℃下控制粘度为10cp～50cp，液槽中的混合物通过调整配比一般在25℃下控制粘度为10～200cp。
光引发剂可选1-羟基-环己基-苯基甲酮，2-苯基苄-2-二甲基胺-1-(4-吗啉苄苯基)丁酮，双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化磷中的一种或多种的混合物。
紫外光固化的不饱和单体液体为二丙烯酸-1,6-己二醇酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三聚丙二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、聚酯丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、环氧树脂丙烯酸树脂、丙烯酸树脂中的一种或多种的混合物。
以上光引发剂及光固化材料不属于穷尽式，所有可以用来作为3D打印的光引发剂及液态的光固化材料都落入本发明的保护范围。
由于每次打印都是在液态下打印，液面可以自动流平或者助力推平，使每次打印都在一个平面上，得到的产品表面光滑平整，精度更高，解决了现有技术中产品表面不平的问题；因为不需要支撑材料即可以成型，避免了后期对支撑材料的去除步骤，极大的提高了打印效率；而且因为部分成型材料不需要经过喷头喷射，不受喷孔的限制，扩大了选材范围。