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

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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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