近年來，3D打印技術(shù)在國內(nèi)外得到了快速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，在未來工業(yè)4.0領(lǐng)域?qū)⒊蔀橹圃斓年P(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，3D打印材料的供給形勢卻不容樂觀，這成為制約3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。在國內(nèi)，3D打印原材料目前缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，有能力生產(chǎn)3D打印材料的企業(yè)很少，特別是所需金屬材料主要依賴進(jìn)口，價格較高，造成3D打印產(chǎn)品的成本較高，嚴(yán)重影響了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。因此，對3D打印材料清洗液和打印墨水的研發(fā)顯得尤為重要。 
　　文中采用的材料為3D打印材料的一種，通過噴頭噴出打印墨水，選擇性地將硫酸鈣粉末粘結(jié)在一起。打印墨水由噴頭噴出并與硫酸鈣粉末粘結(jié)，其材料成分直接關(guān)系到打印色彩和打印物件的強度。噴頭的使用直接關(guān)系到打印度、色彩等問題，也決定著產(chǎn)品質(zhì)量。仔細(xì)清潔堵塞的噴嘴可以延長噴嘴的使用壽命，增強噴嘴的使用效果，噴頭的分辨率。噴頭堵塞是打印機常見的故障。造成噴頭堵塞的原因很多，主要是打印機工作環(huán)境不良、打印膠水質(zhì)量太差或打印機閑置時間過長等原因引起。打印墨水的質(zhì)量是打印質(zhì)量的關(guān)鍵，清洗劑是維護(hù)噴頭的重要材料，本文通過采用氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析3D打印墨水和清洗劑的成分來探究作用機理。 
　　1 實驗儀器與方法 
　　1.1 試劑 
　　本文選取清洗劑和黑色打印墨水作為分析材料。其中，清洗劑為無色無味溶液，用來清洗噴頭上的打印墨水；墨水為黑色無味溶液。通過卡爾費休水分測定儀檢測，清洗劑和黑色打印墨水中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為6l%和49%。 
　　1.2 實驗儀器 
　　采用美國Agilent公司生產(chǎn)的氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS），主要由氣相色譜、質(zhì)譜和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3部分組成。氣質(zhì)聯(lián)用質(zhì)譜儀的離子源主要是電子轟擊電離（EI）源，分析物經(jīng)EI源電離得到的質(zhì)譜圖通過標(biāo)準(zhǔn)譜庫自動檢索匹配。 
　　1.3 GC-MS分析條件 
　　色譜條件：色譜柱HP-5MS（30m×0.25mmx0.5μm）；載氣為氦氣（99.999%），流量1.0mL/min；進(jìn)樣量3.0μL；分流比1：15；進(jìn)樣口溫度250℃；程序初始溫度80℃，以8℃/min的速度升溫至280℃，保持lOmin。 
　　質(zhì)譜條件：電子轟擊（EI）；離子化能量：70eV；離子源溫度：230℃；傳輸線溫度：250℃；掃描范圍：20-450amu；掃描方式：全離子掃描（SCAN）。 
　　1.4 實驗方法 
　　自動進(jìn)樣技術(shù)，進(jìn)樣速度較快，沒時間加熱針頭，避免了揮發(fā)性組分通過針分餾或沸點高的化合物被吸附到針頭內(nèi)表面造成樣品損失。由于針頭拔出時非常迅速，揮發(fā)度低的分析物沒有機會在針的外表面冷凝下來，降低或消除了分析物的歧視效應(yīng)。因此，文中采用自動進(jìn)樣器進(jìn)樣技術(shù)。3D打印墨水和清洗劑分別采用氣相色譜一質(zhì)譜進(jìn)行全離子掃描分析。結(jié)果用質(zhì)譜圖庫進(jìn)行譜圖解析，并確認(rèn)有機物的化學(xué)結(jié)構(gòu)：用歸一化面積百分比法定量計算有機溶液的相對百分含量。 
　　2 結(jié)果與分析 
　　2.1 質(zhì)譜定性分析 
　　實驗對3D打印墨水和清洗劑樣品分別進(jìn)行了測試，由于不同有機物在色譜條件下的保留時間可能相同或相近，所以用保留時間定性分析會存在判斷物質(zhì)的不確定性。由于化學(xué)物的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖具有指紋性質(zhì)，所以用化學(xué)物的質(zhì)譜圖來鑒定未知組分優(yōu)于用色譜的保留時間來定性。本文采用質(zhì)譜來定性分析未知物，大限度了分析的性。對所出各峰與質(zhì)譜標(biāo)準(zhǔn)庫進(jìn)行了對比.3D打印墨水有機成分檢測結(jié)果如圖l所示，圖中出現(xiàn)了4組峰，保留時間分別為：1.4，2.6，3.2，6.6min，與標(biāo)準(zhǔn)庫比較顯示4種物質(zhì)分別為乙酰胺、丙三醇、2-吡咯烷酮、三乙醇胺。具體分析結(jié)果如表l所示，可以看出所測組分與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖庫的匹配度均高于80。 
　　清洗劑有機成分檢測結(jié)果如圖2所示，圖中出現(xiàn)了5組峰，保留時間分別為：1.4，1.6，2.6，3.0，3.2min，與標(biāo)準(zhǔn)庫比較顯示5種物質(zhì)分別是：乙酰胺、乙二醇、丙三醇、山梨酸、N，N-二甲基乙酰胺。具體分析結(jié)果見表2，可以看出所測組分與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫的匹配度均高于80。 
　　2.2 歸一化定量分析 
　　當(dāng)樣品中所有組分均能流譜柱，并在檢測器上都能產(chǎn)生信號時，可用歸一化法定量。歸一化法具有簡便、的優(yōu)點，且進(jìn)樣量的變化對定量結(jié)果影響很小。 
　　3D打印墨水定量分析結(jié)果顯示，丙三醇含量高，達(dá)到96.40%.乙酰胺含量低，具體分析結(jié)果如表3所示。清洗劑定量分析結(jié)果如表4所示，丙三醇含量高，為96.00%，N，N-二甲基乙酰胺含量低。 
　　2.3 3D打印墨水打印機理分析 
　　打印墨水的主要成分是水分，半水硫酸鈣與水分反應(yīng)凝成二水硫酸鈣。乙酰胺、丙三醇、2-吡咯烷酮、三乙醇胺和水相互溶解，適當(dāng)?shù)囊阴０房烧{(diào)節(jié)溶液的pH值，減小打印墨水對打印機的腐蝕，且4種組分對打印噴頭沒有腐蝕作用。丙三醇為增溶劑，可以提高溶液中無機顏料的溶解性。2-吡咯烷酮為助粘劑，能夠粘附在各種基底上，在打印過程中能夠促進(jìn)二水硫酸鈣的凝結(jié)，增加凝結(jié)的速度。三乙醇胺為分散劑，分散那些難溶于液體的無機顏料固體和液體顆粒，同時也能防止顆粒的沉降和凝聚，提升光澤，降低粘度，增加顏料載入量，增加顏色飽和度、透明度。綜合而言，該3D打印墨水化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與噴頭發(fā)生反應(yīng)，能夠促進(jìn)二水硫酸鈣的凝結(jié)，能夠防止無機顏料的沉降和凝聚，閃點較高，不易燃，低毒性，使用安全。 
　　2.4 清洗劑清洗機理分析 
　　水基溶液加入丙三醇、乙二醇、乙酰胺可以增加山梨酸的溶解性。乙酰胺和乙二醇可以溶解噴頭殘留墨水中的有機物和無機顏料。適當(dāng)?shù)囊阴０房梢哉{(diào)節(jié)pH值，減小清洗劑對打印機的腐蝕，對清洗劑的穩(wěn)定性和清洗能力也有一定的幫助。加入少量的乙二醇可增強清洗劑的穩(wěn)定性和滲透力。丙三醇為潛水劑，能與水分子結(jié)合形成氫鍵并增加它們的介電常數(shù)，能夠增強與難溶性有機物的互溶性，同時300以上丙三醇有防腐作用。山梨酸微溶水，易溶于丙三醇、乙二醇，能使溶液與山梨酸互溶，作為防腐劑對霉菌、酵母菌等真菌抑制性強。山梨酸在水基溶液中易氧化，但與乙二醇產(chǎn)生協(xié)同作用促進(jìn)抑制真菌，對溶液起到一定的保護(hù)作用。丙三醇、乙二醇對金屬沒有腐蝕作用，可以噴頭在清洗過程中不被腐蝕。N，N-二甲基乙酰胺，是乙酰胺氨基的兩個氫被甲基取代后的衍生物，且相對含量很小，在此不予考慮。3D打印墨水是由乙酰胺、丙三醇、2-吡咯烷酮、三乙醇胺等組成的混合溶液，采用相似相溶原理來清洗，不會因清洗而帶來二次污染。綜合而言它們化學(xué)性能穩(wěn)定，不與噴頭發(fā)生反應(yīng)：表面張力和粘度小，滲透力強：可以白行干燥；閃點較高，不易燃；低毒性，使用安全。 
　　3 測試數(shù)據(jù)的性和重復(fù)性 
　　為了數(shù)據(jù)的性和重復(fù)性，對3D打印墨水和清洗劑在相同條件下做了4組重復(fù)性實驗.3D打印墨水各組分相對標(biāo)準(zhǔn)偏差如表5所示，清洗劑各組分相對標(biāo)準(zhǔn)偏差如表6所示。結(jié)果表明：各組分相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均<40.表明氣質(zhì)聯(lián)用儀在分析3D打印墨水和清洗劑的常規(guī)有機成分是可行的。 
　　4 結(jié)束語 
　　氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是一項相對快捷、的分析技術(shù)，是分析復(fù)雜組分的有效工具。在農(nóng)藥殘留、環(huán)境檢測、藥物成分、司法鑒定、未知物成分分析中得到越來越廣泛地應(yīng)用。本文通過氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析3D打印墨水和打印材料清洗劑，確定了其有機成分及相對含量，并對材料各成分的作用機理進(jìn)行了分析該3D打印墨水化學(xué)性能穩(wěn)定，能夠促進(jìn)二水硫酸鈣的凝結(jié)，防止無機顏料沉降和凝聚；清洗劑化學(xué)性能穩(wěn)定，利用相似相溶原理可以清洗噴頭中的有機物和無機顏料。提升人們對3D打印材料的認(rèn)識，對于國產(chǎn)化的研發(fā)有著重要指導(dǎo)意義，有利于促進(jìn)我國3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更好地促進(jìn)我國3D打印產(chǎn)業(yè)和工業(yè)4.0的融合。