CN105218939A - 一种可发泡的3d打印材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可发泡的3D打印材料及其制备方法。该打印材料主要包括：增韧剂，蜡，增粘树脂，硬脂酸，抗氧剂，颜料和发泡剂。该材料具有柔性特征，能在服装面料上进行3D打印，发泡之后能够增强图案的立体感，而且可以调整发泡温度和发泡时间来达到想要的发泡效果，且不存在收缩率大而影响最终制品性能的问题，同时打印过程和发泡过程环保无毒害、无气味。

Description

一种可发泡的3D打印材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种可发泡的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

3D打印，即快速成型(RapidPrototype,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(FusedDepositionModeling，FDM)、选择性激光烧结成型(SelectiveLaserSintering，SLS)、光固化成型(stereolithographyapparatus，SLA)、分层实体成型(LaminatedObjectManufacturing，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。

发泡材料是指发泡剂在材料内部气化或膨胀从而产生多孔结构的材料，可在较少损失材料力学性能的前提下降低材料密度和用量，同时满足材料的轻质高强度和功能性要求。发泡材料疲劳寿命长，具有较好的韧性、热稳定性、能量吸收和绝缘性能，在汽车、家电、电子、建筑、消费品工业及军事领域具有广阔的应用前景。

但是目前发泡材料的制备方法基本集中在传统制造领域，例如超临界流体制备聚合物发泡技术、二次开模法，所需开模费用高，开发周期长。这就促使我们开发一种可发泡的3D打印材料，将其制备方法与快速成型技术相结合，从而大幅度提升产品的开发速度，大大增加对个体化产品的支持力度。此外，这种3D打印材料是柔性材料，能在服装面料上进行3D打印，发泡之后能够增强图案的立体感，而且可以调整发泡温度和发泡时间来达到想要的发泡效果。

发明内容

针对目前3D打印耗材领域的市场空白，本发明的目的是提供一种可发泡的3D打印材料及其制备方法，该材料具有柔性特征，且不存在收缩率大而影响最终制品性能的问题，同时打印过程和发泡过程环保无毒害、无气味。

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％，发泡剂0.1％-50％。

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。

所述发泡剂为碳酸氢盐、碳酸盐、聚羧酸盐、聚羧酸酯、磺酰肼、偶氮二甲酰胺、氨基脲、可膨胀微球，或它们的组合。

本发明材料的制备步骤是：

1)将硬脂酸、抗氧剂、颜料、发泡剂与增韧剂、蜡、增粘树脂高速混合0.1-2000分钟，通过双螺杆挤出机混合塑化并造粒，做成高浓度母粒，硬脂酸、抗氧剂、颜料、发泡剂总重量约占母粒重量的0.5％-80％；

2)将母粒与增韧剂、蜡、增粘树脂高速混合0.1-2000分钟，母粒约占总重量的0.5％-50％；

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；

5)将3D打印的制品放至100-220℃的烘箱0.1-60分钟进行发泡，形成最终制品。

附图说明

附图1在面料上3D打印图案。

附图2最终发泡效果。

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。

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(按材料总质量100g计算)：

1)称量4g科宁硬脂酸1801、1gBASF抗氧剂168、2g科斯特KR312、5g膨胀微球951DU120和14gDowPOE8411、25gBASFLuwaxEVA3，放入高混机高速搅拌10min

TS1/℃	TS2/℃	TS3/℃	TS4/℃	TS5/℃	TS6/℃	FR/％	n/r/min
								70	75	85	100	100	80	10	50

2)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：

3)将母粒与15gBASFLuwaxEVA3、14gDowPOE8411和20g恒丰C9石油树脂放入高混机高速搅拌5min。

TS1/℃	TS2/℃	TS3/℃	TS4/℃	TS5/℃	TS6/℃	FR/％	n/r/min
								75	78	85	95	95	85	15	80

4)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：

5)将造完的粒放入单螺杆挤出机拉丝并收卷，拉出的丝可直接用于3D打印，工艺条件：

一区/℃	二区/℃	模口/℃	转速n/r/min
				85	95	80	700

6)将打印完成的制品放入160℃的烘箱8分钟，进行发泡操作，形成最终制品。

Claims (6)

1.一种可发泡的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％，发泡剂0.1％-50％。

2.如权利要求1所述的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。

3.如权利要求1所述的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。

4.如权利要求1所述的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。

5.如权利要求1所述的3D打印材料，其特征在于：所述发泡剂为碳酸氢盐、碳酸盐、聚羧酸盐、聚羧酸酯、磺酰肼、偶氮二甲酰胺、氨基脲、可膨胀微球，或它们的组合。

6.一种如权利要求1所述3D打印材料的制备方法，其特征在于：

1)将硬脂酸、抗氧剂、颜料、发泡剂与增韧剂、蜡、增粘树脂高速混合0.1-2000分钟，通过双螺杆挤出机很混合塑化并造粒，做成高浓度母粒，硬脂酸、抗氧剂、颜料、发泡剂总重量约占母粒重量的0.5％-80％；

2)将母粒与增韧剂、蜡、增粘树脂高速混合0.1-2000分钟，母粒约占总重量的0.5％-50％；

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；

5)将3D打印的制品放至100-220℃的烘箱0.1-60分钟进行发泡，形成最终制品。