3D噴墨打印用墨水粘度測定

1 3D噴墨打印簡介

3D噴墨打印技術是根據噴墨打印機的工作原理，在數字信號的激勵下使噴嘴腔室中的液體（成型材料）在瞬間形成液滴，并以一定的速度和頻率從噴嘴中噴出，并按路徑逐層固化成型，終得到3D物體的快速成型技術。3D打印成型技術具有成型速度快、設備操作簡單、適合辦公室環境、可多相實體結構成型等特點，相對于一般意義上的快速成型方法，具有精度高、周期短、設備針對面寬和環境友好等特點，在快速建模，醫藥組織工程，生物制藥等領域，已顯示出強大的發展潛力。

02 3D打印墨水粘度測量的意義

3D噴墨打印的操作方法為：先根據實體3D 掃描（或設計）得到的3D-CAD 模型，按照一定方法將該模型分割為一系列單元，通常是在Z軸方向將分截成一定厚度的二維薄層，由程序控制產生噴射指令，逐層噴射固化堆砌后，得三維實體的器件。在3D 技術不斷發展的今天，用于噴墨打印的墨水成為制約其進一步發展的首要因素。

3D噴墨打印的墨水由成型材料（金屬粉末、陶瓷材料、石膏、塑料、復合材料等）以及與之匹配的粘結溶液以及后處理材料組成。粘度是反映墨水穩定性、流動性、產品質量以及是否適合噴墨打印的重要參數。3D噴墨墨水材料的粘度過高，會阻塞噴墨設備的噴嘴，造成設備損耗，增加使用期間的維護費用；高粘度的墨水在噴嘴處形成的墨滴體積也較大，會導致圖案分辨率隨之降低，還會直接影響到粉末層的滲透效果。3D噴墨墨滴體積越小，打印機分辨率越高，噴墨后所得實物就越細致，但是墨水粘度過低，則會導致滴落在介質表面鋪展的形狀不易控制，噴墨實物結構松散等狀況。因此，制備出色彩度好、穩定性高、流變特性好、粘度適中的墨水對3D噴墨打印技術的發展至關重要。

03 3D墨水粘度測定

本文使用DV3T標準粘度計配套超低粘度適配器ULA（如圖1所示）測量一種3D噴墨打印墨水的粘度。幫助用戶建立3D噴墨打印墨水的生產及制備工藝過程中產品質量控制的粘度測試方法。

TC-650 AP水浴循環系統用于控制樣品溫度（測試溫度為25℃），Rheocalc T軟件連接主機，進行程序編輯及數據采集，繪制粘度變化曲線。量取16mL已配置好的3D噴墨打印墨水于ULA的樣品杯中，將轉子緩慢浸沒至樣品中，然后連接粘度計主機和TC-650 AP水浴循環系統。在Rheocalc T 軟件上編輯相應的測試程序，待樣品溫度穩定后開始測量。

選擇“Multi Point”模式進行數據采集，在2 min的測試時間內總共采集了12個數據點，觀察測試過程中數據讀取及溫度控制的穩定性。根據圖2可知，使用水浴控溫時，測試穩定性非常好，溫度保持在25±0.01℃，12個數據點的粘度值均為20.19 cP，標準偏差僅為0.03%。

ULA適配器專為超低粘度測試而設計，測試下限可達1 cP；ULA測試所需樣品體積僅為16 mL，可有效節約測試成本，提升測試效率；ULA使用同軸圓柱型轉子及配套的樣品杯，可以計算剪切率和剪切應力，得到jue對粘度。TC系列循環水浴系統的控溫精度zui高可達0.01℃，為粘度測試提供準確及穩定的溫度條件。

04應用概述

作為世界上zui的粘度計/流變儀生產商之一，Ametek-Brookfield一直致力于為廣大用戶提供質量穩定可靠，測量度高，測量重復性好的產品。Brookfield粘度計的測量精度可以達到全量程測量范圍的±1%，重復性可以達到±0.2%。針對不同行業的粘度測試需求，提供個性化的解決方案，適應各種行業用戶的分析需求。

RST 流變儀可以進行全面的流變學測試，在質量控制和研發領域均可進行的流變分析。RST系列流變儀具有控制剪切率和剪切應力兩種模式，尤其適合于測量非牛頓流體在穩態流動下的粘度、流變曲線等特性。另外，它還可以測量非穩態剪切流動和蠕變狀態下的粘彈性、屈服應力以及觸變性等流變特性。