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CN104629161A - 一种低熔点3d打印材料及其制备方法 - Google Patents

一种低熔点3d打印材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低熔点3D打印材料及其制备方法，其熔点为60-150℃，且不存在收缩率大而影响最终制品性能的问题，同时打印过程环保无毒害，无气味、无超细颗粒。该打印材料包括：增韧剂、蜡、增粘树脂、硬脂酸、抗氧剂、颜料等组分，可应用于失蜡铸造等行业。

Description

一种低熔点3D打印材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低熔点3D打印材料及其制备方法，属于快速成型的材料领域。
背景技术
快速成型(Rapid Prototype,RP)技术是20世纪90年代迅速发展起来的一种先进制造技术，是服务于制造业新产品开发的一种关键技术。它对促进企业的产品创新、缩短新产品研发周期、提高产品竞争力等起着积极的推动作用。该技术自问世以来，逐渐在世界各国的制造业中得到了广泛的应用，并由此催生出一个新兴的技术领域。目前快速成型技术主要包括熔融沉积成型(Fused DepositionModeling，FDM)、选择性激光烧结成型(Selective Laser Sintering，SLS)、光固化成型(stereo lithography apparatus，SLA)、分层实体成型(Laminated ObjectManufacturing，LOM)等技术，其中FDM发展最快，应用最多。
FDM是指丝状热塑性材料由送丝机构送进喷头，在喷头中加热到熔融态，经喷嘴挤出。熔融态的丝状材料被挤压出来，按照三维软件的分层数据控制的路径挤压并在指定的位置凝固成型，逐层沉积凝固，最后形成整个三维产品。FDM的操作环境干净、安全，工艺简单、易于操作，且不产生垃圾，因此大大拓宽了操作场合。其所用原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。
目前接近95％用于FDM耗材都采用ABS和PLA作为基体，其打印温度通常在220℃左右，属于中温FDM耗材。美國伊利诺伊理工大学的最新研究发现，使用ABS和PLA聚合物作为塑料原料的打印机超细颗粒(UFP)排放量较高，排放率与使用激光打印机或燃烧香烟接近。由于体积微小，UFP能沉积在肺部并直接被吸收到血液中。UFP浓度较高与肺癌、中风和哮喘症状的发展有关，报告中未详细指出ABS和PLA排放物的化学成分，但是此前已有证明显示ABS有毒，而PLA是具有生物相容性的聚合物，已广泛用于制作药物胶囊。另外ABS和PLA作为3D打印材料还存在收缩率大的问题，所得最终制品往往存在翘曲，影响产品性能。这就促使我们开发一种低熔点、环保无毒害、收缩率小的3D打印材料。
此外，低熔点3D打印材料具有很多潜在应用，比如失蜡铸造。现在国内失蜡铸造基本上采用人工制造蜡模，一个蜡模往往需要几个工人工作一到数月才能完成，而采用3D打印技术只需数小时即可完成，且制备精度大大高于手工，然而国内目前并无失蜡铸造用3D打印材料，市场一片空白。
发明内容
针对现有FDM耗材的不足，本发明的目的是提供一种低熔点3D打印材料及其制备方法，其熔点为60-150，℃且不存在收缩率大而影响最终制品性能的问题，同时打印过程环保无毒害，无气味、无超细颗粒。
本发明中材料配方采用增韧剂5％-80％，蜡5％-90％，增粘树脂1％-60％，硬脂酸0％-20％，抗氧剂0％-5％，颜料0％-5％。
所述增韧剂为氯化聚乙烯、苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、三元乙丙橡胶和乙烯-辛烯嵌段共聚物，或它们的组合。
所述蜡为聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯共聚物蜡、微晶蜡、氯化石蜡、熔模铸造蜡、聚丙烯蜡，或它们的组合。
所述增粘树脂为C5石油树脂、C9石油树脂、氢化芳香族石油树脂、萜烯树脂、松香树脂，或它们的组合。
本发明中材料的制备步骤是：
1)各原料按比例称量；
2)通过高速混合机混合0.1-2000分钟；
3)通过双螺杆挤出机混合塑化，并通过切粒机造粒；
4)通过单螺杆挤出机拉丝，拉出的丝可直接用于3D打印。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点更明显易懂，下文举实施例作详细说明。
实施例1
一、按如下组分配比(质量百分含量)：
二、制备方法
本材料制备的步骤为：
1)原料按比例称好
2)各组分放入高混机高速搅拌10min
3)放入HAAKE双螺杆挤出机中塑化挤出并使用切粒机造粒，工艺条件：
TS1/℃ TS2/℃ TS3/℃ TS4/℃ TS5/℃ TS6/℃ FR/％ n/r/min
70 75 85 90 90 80 10 50
4)将造完的粒放入单螺杆挤出机蜡丝并收卷，可直接用于3D打印，工艺条件：
一区/℃ 二区/℃ 模口/℃ 转速n/r/min
80 85 75 700
实施例2
一、按如下组分配比(质量百分含量)：
二、制备方法
本材料制备的步骤为：
1)原料按比例称好
2)各组分放入高混机高速搅拌20min
3)放入HAAKE双螺杆挤出机中塑化挤出并使用切粒机造粒，工艺条件：
TS1/℃ TS2/℃ TS3/℃ TS4/℃ TS5/℃ TS6/℃ FR/％ n/r/min
75 80 85 95 95 85 15 70
4)将造完的粒放入单螺杆挤出机蜡丝并收卷，可直接用于3D打印，工艺条件：
一区/℃ 二区/℃ 模口/℃ 转速n/r/min
80 90 75 750
实施例3
一、按如下组分配比(质量百分含量）：
二、制备方法
本材料制备的步骤为：
1)原料按比例称好
2)各组分放入高混机高速搅拌25min
3)放入HAAKE双螺杆挤出机中塑化挤出并使用切粒机造粒，工艺条件：
TS1/℃ TS2/℃ TS3/℃ TS4/℃ TS5/℃ TS6/℃ FR/％ n/r/min
76 84 87 95 95 85 15 50
4)将造完的粒放入单螺杆挤出机蜡丝并收卷，可直接用于3D打印，工艺条件：
一区/℃ 二区/℃ 模口/℃ 转速n/r/min
80 95 85 650
实施例4
一、按如下组分配比(质量百分含量)：
二、制备方法
本材料制备的步骤为：
1)原料按比例称好
2)各组分放入高混机高速搅拌15min
3)放入HAAKE双螺杆挤出机中塑化挤出并使用切粒机造粒，工艺条件：
TS1/℃ TS2/℃ TS3/℃ TS4/℃ TS5/℃ TS6/℃ FR/％ n/r/min
76 80 83 85 85 75 15 80
4)将造完的粒放入单螺杆挤出机蜡丝并收卷，可直接用于3D打印，工艺条件：
一区/℃ 二区/℃ 模口/℃ 转速n/r/min
75 85 80 750
实施例5
一、按如下组分配比(质量百分含量)：
二、制备方法
本材料制备的步骤为：
1)原料按比例称好
2)各组分放入高混机高速搅拌35min
3)放入HAAKE双螺杆挤出机中塑化挤出并使用切粒机造粒，工艺条件：
TS1/℃ TS2/℃ TS3/℃ TS4/℃ TS5/℃ TS6/℃ FR/％ n/r/min
100 110 115 120 120 110 15 50
4)将造完的粒放入单螺杆挤出机蜡丝并收卷，可直接用于3D打印，工艺条件：
一区/℃ 二区/℃ 模口/℃ 转速n/r/min
115 125 110 750

Claims (6)

1.一种低熔点3D打印材料，其特征是：熔点为60-150℃。
2.如权利要求1所述的低熔点3D打印材料，其特征在于：由下述原料按重量百分比配制而成：增韧剂5％-80％，蜡5％-90％，增粘树脂1％-60％，硬脂酸0％-20％，抗氧剂0％-5％，颜料0％-5％。
3.如权利要求2所述的低熔点3D打印材料，其特征在于：所述增韧剂为氯化聚乙烯、苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、三元乙丙橡胶和乙烯-辛烯嵌段共聚物，或它们的组合。
4.如权利要求2所述的低熔点3D打印材料，其特征在于：所述蜡为聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯共聚物蜡、微晶蜡、氯化石蜡、熔模铸造蜡、聚丙烯蜡，或它们的组合。
5.如权利要求2所述的低熔点3D打印材料，其特征在于：所述增粘树脂为C5石油树脂、C9石油树脂、氢化芳香族石油树脂、萜烯树脂、松香树脂，或它们的组合。
6.如权利要求1或2所述的低熔点3D打印材料，其特征在于：所述材料的制备步骤是：
(1)各原料按比例称量；
(2)通过高速混合机混合0.1-2000分钟；
(3)通过双螺杆挤出机混合塑化，并通过切粒机造粒；
(4)通过单螺杆挤出机拉丝，拉出的丝可直接用于3D打印。
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