CN104177803A - 彩色三维打印成型材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种彩色三维打印成型材料及其制备方法，该成型材料包括80~90重量份的塑胶原料，0.45~3重量份的扩散油，0.5~1.5重量份的偶联剂，4~10重量份的光致变色材料。制备方法包括以下步骤：1）将80~90重量份的塑胶原料与0.45~3重量份的扩散油进行分散混合，得到第一混合料；2）将0.5~1.5重量份的偶联剂与4~10重量份的光致变色材料进行混合，得到第二混合料；3）将第一混合料与第二混合料混合并搅拌，得到第三混合料；4）将第三混合料通过挤塑机挤出，并经拉丝生成丝状成型材料。本发明能够简化彩色三维打印机的整体结构，降低制造成本，并能够实现较高精度色彩丰富的彩色三维实体打印。

Description

彩色三维打印成型材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及三维打印技术领域，特别涉及一种应用于彩色三维打印机的成型材料，此外还涉及这种成型材料的制备方法。

背景技术

三维打印又称3D打印，属于快速成形技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用成型材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术（即“积层造形法”）。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。

三维打印的过程首先是通过计算机辅助设计（CAD）或计算机动画建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，再根据分析截面信息得到加工路径，从而指导打印机逐层打印。作为三维打印技术的代表，FDM(Fused Deposition Modeling, 熔融沉积成型)是一种通过熔融材料叠加堆积而形成三维实体模型的工艺，一般采用逐层固化成型方法，使打印后的树脂一层一层地变成固体，从而产生固体成像产品。其中常见的成型材料包括ABS、PLA等，基本上是通过从三维打印机的打印头上端输入线状的成型材料，然后经打印头内高温熔融再从打印头出口挤出约0.1~0.2mm左右的丝状材料，然后把这种丝状材料按照程序，规律地布置在打印托板上，从而实现三维成型。

现阶段，三维打印技术快速发展并已逐渐进入各个领域，一台三维打印机可以采用多种材料进行打印，例如，使用ABS材料的三维打印机，还可使用一些与ABS相近的材料如尼龙等材料进行打印。而且，三维打印机进行打印时可采用多种颜色的材料直接打印出彩色的三维实体。在使用过程中，成型材料一般会容纳在打印盒内，而打印盒安装在三维打印机的打印盒安装架上，通过出料口向三维打印头提供成型材料。

目前采用三维打印机打印出的产品，由于成型材料本身性能的限制，大多为无色或单色的三维实体，这样的三维模型由于颜色单调、不生动，不能吸引人们的关注，因此这样的三维打印逐渐不能满足日益增加的个性化需要。而在目前所出现的能够打印彩色实体的三维打印机中，需要提供多种不同颜色的成型材料，导致整体结构相当复杂，制造成本较高，而且由于需要不同颜色的成型材料线丝的复杂配合，同时受到成型材料本身的限制，因此很难实现较高精度色彩丰富的三维实体的打印。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种能够简化彩色三维打印机结构，降低其制造成本，并且能够实现较高精度色彩丰富的三维实体打印的彩色三维打印成型材料。

本发明的另一个目的在于提供一种上述彩色三维打印成型材料的制备方法。

为实现上述第一个目的，本发明提供了一种彩色三维打印成型材料，包括：80~90重量份的塑胶原料，0.45~3重量份的扩散油，0.5~1.5 重量份的偶联剂，4~10重量份的光致变色材料。

由上述方案可见，本发明的彩色三维打印成型材料可以在现有的树脂材料中添加光致变色材料组成，通过在普通的单色三维打印机上增设光发射器,在采用本发明的成型材料进行打印成型的过程中，利用该光发射器向成型座上的成型材料发射特定波长光线，使得成型材料当中的光致变色材料在受到特定波长光线激发后发生相应的颜色变化，从而获得所需的彩色三维实体。因此，三维打印机无需提供多种不同颜色的成型材料，只需要本发明的单一类型成型材料即可实现彩色三维打印，从而简化了整体结构，降低了制造成本，并且能够实现较高精度色彩丰富的彩色三维实体打印。

优选地，所述塑胶原料为PC(聚碳酸酯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)或PLA(聚乳酸)。

优选地，所述扩散油为硬脂酸酰胺扩散油、甲基硅油扩散油、有机硅扩散油或其它成分的扩散油。

优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铬络合物偶联剂、钛酸酯偶联剂或其它成分的偶联剂。

优选地，所述光致变色材料为铝酸盐材料、硅酸盐材料、硫化锌材料或稀土材料。

为实现上述第二个目的，本发明提供了一种彩色三维打印成型材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将80~90重量份的塑胶原料与0.45~3重量份的扩散油进行分散混合，得到第一混合料；

2）将0.5~1.5重量份的偶联剂与4~10重量份的光致变色材料进行混合，得到第二混合料；

3）将上述第一混合料与第二混合料混合并搅拌，得到第三混合料；

4）将上述第三混合料通过挤塑机挤出，并经拉丝生成丝状成型材料。

由上述方案可见，本发明的制备方法是在现有的树脂材料中添加光致变色材料制成彩色三维打印成型材料，通过在普通的单色三维打印机上增设光发射器,在采用本发明所制备的成型材料进行打印成型的过程中，利用该光发射器向成型座上的成型材料发射特定波长光线，使得成型材料当中的光致变色材料在受到特定波长光线激发后发生相应的颜色变化，从而获得所需的彩色三维实体。因此，三维打印机无需提供多种不同颜色的成型材料，只需要本发明所制备的单一类型成型材料即可实现彩色三维打印，从而简化了整体结构，降低了制造成本，并且能够实现较高精度色彩丰富的彩色三维实体打印。

较好地，在上述步骤1）中，所述塑胶原料与扩散油在塑料搅拌机中以80~120转/分的速度进行分散混合，搅拌时间为40~80秒，所述塑胶原料为PC、ABS、PE、PP或PLA，所述扩散油为硬脂酸酰胺扩散油、甲基硅油扩散油、有机硅扩散油或其它成分的扩散油。

较好地，在上述步骤2）中，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铬络合物偶联剂、钛酸酯偶联剂或其它成分的偶联剂，所述光致变色材料为铝酸盐材料、硅酸盐材料、硫化锌材料或稀土材料。

较好地，在上述步骤3）中，搅拌时间为40~80秒。

较好地，在上述步骤4）中，所述挤塑机为螺杆挤塑机，所述丝状成型材料的直径为1.5~2mm。

附图说明

图1是应用本发明成型材料的一种彩色三维打印机的结构示意图。

图2是图1所示彩色三维打印机的打印方法工艺流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各种实施方式，其中的实施例结合附图进行说明并在下文中描述。尽管本发明将结合示例性实施方式进行说明，应当理解本发明不限于这些示例性实施方式。相反，本发明不仅包括这些实施方式，而且还包括各种变形、改进。

实施例一：

本实施例的彩色三维打印成型材料包含80重量份的PC或ABS塑胶原料，0.45重量份的硬脂酸酰胺扩散油，0.5重量份的硅烷偶联剂，4重量份的铝酸盐光致变色材料。制备方法如下：

1)将0.45重量份的硬脂酸酰胺扩散油和80重量份的PC或ABS塑胶原料,在塑料搅拌机中以100转/分的速度进行分散混合，搅拌时间60秒,得第一混合料；

2)用0.5重量份的硅烷偶联剂与4重量份的铝酸盐光致变色材料混合，得第二混合料；

3)将第一混合料与第二混合料混合，并搅拌60秒；

4)然后在螺杆挤塑机中挤出，并经拉丝生成直径1.75mm左右的线材，从而制成本实施例的彩色三维打印成型材料。

实施例二：

本实施例的彩色三维打印成型材料包含85重量份的PE或ABS塑胶原料，1重量份的硬脂酸酰胺扩散油，1重量份的硅烷偶联剂，8重量份的硅酸盐光致变色材料。制备方法如下：

1)将1重量份的硬脂酸酰胺扩散油,85重量份的PC或ABS塑胶原料,在塑料搅拌机中80转/分的速度进行分散混合，搅拌时间为80秒,得第一混合料；

2)用1重量份的硅烷偶联剂与8重量份的硅酸盐光致变色材料混合，得第二混合料；

3)将第一混合料与第二混合料混合，并搅拌40秒；

4)然后在螺杆挤塑机中挤出，并经拉丝生成直径1.5mm左右的线材，从而制成本实施例的彩色三维打印成型材料。

实施例三：

本实施例的彩色三维打印成型材料包含90重量份的PP或ABS塑胶原料，3重量份的硬脂酸酰胺扩散油，1.5重量份的硅烷偶联剂，10重量份的硫化锌光致变色材料。制备方法如下：

1)将3重量份的硬脂酸酰胺扩散油，90重量份的PC或ABS塑胶原料,在塑料搅拌机中以120转/分的速度进行分散混合，搅拌时间为40秒,得第一混合料；

2)用1.5重量份的硅烷偶联剂与10重量份的硫化锌光致变色材料混合，得第二混合料；

3)将第一混合料与第二混合料混合，并搅拌80秒； 

4)然后在螺杆挤塑机中挤出，并经拉丝生成直径2mm左右的线材，从而制成本实施例的彩色三维打印成型材料。

实施例四：

本实施例的彩色三维打印成型材料包含80重量份的PLA塑胶原料，0.45重量份的硬脂酸酰胺扩散油，0.5重量份的硅烷偶联剂，4重量份的稀土光致变色材料。制备方法如下：

1)将0.45重量份的硬脂酸酰胺扩散油和80重量份的PLA塑胶原料,在塑料搅拌机中以100转/分的速度进行分散混合，搅拌时间60秒,得第一混合料；

2)用0.5重量份的硅烷偶联剂与4重量份的稀土光致变色材料混合，得第二混合料；

3)将第一混合料与第二混合料混合，并搅拌60秒； 

4)然后在螺杆挤塑机中挤出，并经拉丝生成直径1.75mm左右的线材，从而制成本实施例的彩色三维打印成型材料。

实施例五：

本实施例的彩色三维打印成型材料包含85重量份的PLA塑胶原料，1重量份的甲基硅油扩散油，1重量份的钛酸酯偶联剂，8重量份的铝酸盐光致变色材料。制备方法如下：

1)将1重量份的甲基硅油扩散油和85重量份的PLA塑胶原料,在塑料搅拌机中以100转/分的速度进行分散混合，搅拌时间60秒,得第一混合料；

2)用1重量份的钛酸酯偶联剂与8重量份的铝酸盐光致变色材料混合，得第二混合料；

3)将第一混合料与第二混合料混合，并搅拌60秒； 

4)然后在螺杆挤塑机中挤出，并经拉丝生成直径1.6mm左右的线材，从而制成本实施例的彩色三维打印成型材料。

实施例六：

本实施例的彩色三维打印成型材料包含90重量份的PLA塑胶原料，3重量份的有机硅扩散油，1.5重量份的铬络合物偶联剂，10重量份的硅酸盐光致变色材料。制备方法如下：

1)将3重量份的有机硅扩散油和90重量份的PLA塑胶原料,在塑料搅拌机中以110转/分的速度进行分散混合，搅拌时间为50秒,得第一混合料；

2)用1.5重量份的铬络合物偶联剂与10重量份的硅酸盐光致变色材料混合，得第二混合料；

3)将第一混合料与第二混合料混合，并搅拌50秒； 

4)然后在螺杆挤塑机中挤出，并经拉丝生成直径1.6mm左右的线材，从而制成本实施例的彩色三维打印成型材料。

采用上述实施例所制备的成型材料可应用于图1所示的彩色三维打印机，该打印机包括机架、供料机构、成型座1、打印头2、光发射器3以及未示出的控制单元，所述机架包括水平设置的上支架4、下支架5和竖直设置的螺杆6，成型座1固定在下支架5上，螺杆6支撑在下支架5上，上支架4可沿螺杆6上下移动。所述上支架4上设有可在上支架4确定的平面内前后移动的打印头滑架7和光发射器滑架8。打印头2可左右移动地设置于打印头滑架7，光发射器3可左右移动地设置于光发射器滑架8。

所述供料机构包括打印盒安装架9和安装在打印盒安装架9内的打印盒10，打印盒10包括呈圆形的成型材料容纳部（未示出）和位于该成型材料容纳部顶部的出料口12，成型材料容纳部内容纳有呈固态丝状的可熔融成型材料13，该成型材料13当中含有光致变色材料，光致变色材料在受到不同波长和频率的光线照射后，能吸收一定能量，激发内部的光子，以低可见光把吸收的能力释放出来，发出不同色相的光，从而呈现不同的颜色。采用含有这种光致变色材料的成型材料打印出来的三维实体，表面可呈现彩色的效果。

成型材料13通过出料口12被提供至打印头2，成型材料12在打印头2内熔融，熔融后的成型材料经由打印头2的喷嘴14向成型座1逐层喷射。所述光发射器3向成型座1上的成型材料发射特定波长光线，使得成型材料当中的光致变色材料在受到特定波长光线激发后发生相应的颜色变化。成型材料持续地逐层叠加并光照变色，固化后形成所需的彩色三维实体11。可以理解的是，不同的三维打印机结构有所不同，以上仅以示例的方式描述打印机的结构，本发明并不仅限于具有上述结构的三维打印机。

参见图2，上述彩色三维打印机的打印方法包括以下步骤：

1）在计算机内制作出需要打印的三维实体的立体模型； 

2）对所述立体模型进行切片分层，得到每层的成型数据和图案颜色数据，并将所述成型数据和图案颜色数据提供给彩色三维打印机的控制单元；

3）由控制单元控制彩色三维打印机的供料机构向熔融式打印头供应成型材料，并根据所述成型数据控制熔融式打印头向成型座1逐层喷射熔融后的成型材料；

4）由控制单元根据所述图案颜色数据控制光发射器3向成型座1上的成型材料发射特定波长光线，使得成型材料当中的光致变色材料在受到特定波长光线激发后发生相应的颜色变化；

5）所述成型材料持续地逐层叠加并光照变色，固化后形成所需的彩色三维实体11。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1. 彩色三维打印成型材料，其特征在于，包括：80~90重量份的塑胶原料，0.45~3重量份的扩散油，0.5~1.5 重量份的偶联剂，4~10重量份的光致变色材料。

2. 根据权利要求1所述的彩色三维打印成型材料，其特征在于：所述塑胶原料为PC、ABS、PE、PP或PLA。

3. 根据权利要求1所述的彩色三维打印成型材料，其特征在于：所述扩散油为硬脂酸酰胺扩散油、甲基硅油扩散油或者有机硅扩散油。

4. 根据权利要求1所述的彩色三维打印成型材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂、铬络合物偶联剂或者钛酸酯偶联剂。

5. 根据权利要求1所述的彩色三维打印成型材料，其特征在于：所述光致变色材料为铝酸盐材料、硅酸盐材料、硫化锌材料或稀土材料。

6. 彩色三维打印成型材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将80~90重量份的塑胶原料与0.45~3重量份的扩散油进行分散混合，得到第一混合料；

2）将0.5~1.5重量份的偶联剂与4~10重量份的光致变色材料进行混合，得到第二混合料；

3）将上述第一混合料与第二混合料混合并搅拌，得到第三混合料；

4）将上述第三混合料通过挤塑机挤出，并经拉丝生成丝状成型材料。

7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：在上述步骤1）中，所述塑胶原料与扩散油在塑料搅拌机中以80~120转/分的速度进行分散混合，搅拌时间为40~80秒，所述塑胶原料为PC、ABS、PE、PP或PLA，所述扩散油为硬脂酸酰胺扩散油、甲基硅油扩散油或者有机硅扩散油。

8. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：在上述步骤2）中，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铬络合物偶联剂或者钛酸酯偶联剂，所述光致变色材料为铝酸盐材料、硅酸盐材料、硫化锌材料或稀土材料。

9. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：在上述步骤3）中，搅拌时间为40~80秒。

10. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：在上述步骤4）中，所述挤塑机为螺杆挤塑机，所述丝状成型材料的直径为1.5~2mm。