CN106147095A

CN106147095A - 一种聚乳酸用水溶性3d打印支撑材料的制备方法

Info

Publication number: CN106147095A
Application number: CN201510180141.0A
Authority: CN
Inventors: 张银坤; 李文岩; 林航
Original assignee: Heilongjiang Xinda Enterprise Group Co Ltd
Current assignee: Heilongjiang Xinda Enterprise Group Co Ltd
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2016-11-23

Abstract

本发明公开了一种由聚乳酸和聚乙烯醇为主体材料的适用于3D打印的水溶性支撑耗材的制备方法。其主体材料为聚乳酸（PLA）和聚乙烯醇（PVA），辅料为增塑剂及补强剂；在保证挤出条件情况下，利用高温挤出机将PLA与PVA共混挤出。利用PLA与PVA制成的水溶性3D打印支撑材料，具有对环境友好，容易降解，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好。在用于打印镂空制品或者中空制品时，该支撑材料可很容易地从成型零件上剥离，成型零件的外形也不会因支撑材料的剥离而损伤。

Description

一种聚乳酸用水溶性 3D 打印支撑材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高分子复合材料支撑耗材，主要应用在3D打印领域，特别是涉及一种聚乳酸用水溶性3D打印支撑材料的制备方法。

背景技术

3D打印是一种快速成型技术，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或者塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方法来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息***、土木工程、***以及其他领域都有所应用。

3D打印技术的发展对3D打印材料提出了新的要求，以熔融挤出成型技术为例，需要综合考虑塑料熔丝尺寸和成型性能对喷头温度进行设计，若要打印大型中空制件，则必须考虑如何将中心的填充材料与表层材料分离，还必须考虑两者在分离前具有良好的粘结性，避免表层材料塌陷。

PLA是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源所提取出的淀粉原料制成。淀粉原料经由发酵过程制成乳酸，再通过化学合成转换成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，是公认的环境友好材料。

在打印镂空或者中空制品的时候，熔融沉积成型需要用到两种材料，一种是PLA等成型材料，另外一种为支撑材料（能从制品表面剥离下来，支撑材料有可以使用剥离性支撑，即用手动剥离零件表面的支撑材料，也可以是水溶性支撑材料，支撑材料可以溶解在水中。）

本发明所要解决的技术问题在于虽然PLA具有可降解性、熔融温度适中、加工工艺简单的优点，但是PLA本身所含官能团较少，与其他材料粘结性较差，不利于支撑材料开发。本发明主要针对PLA材料的支撑材料进行研发，利用PLA的生物可降解性及PVA的水溶性，通过“海岛”共混工艺，实现针对PLA材料的支撑材料。

发明内容

本发明的研究目的在于解决PLA支撑材料的研发问题，利用PVA可溶于水的优点，利用“海岛”共混工艺，采用3D打印生产线，制备一种聚乳酸用水溶性3D打印支撑材料。

为了实现上述发明的目的，解决聚乳酸用水溶性3D打印支撑材料在实际应用中的问题，本发明提供以下技术方案：

(1)将PLA、PVA原料分别置于80~100℃恒温干燥箱内干燥3~4小时。

(2)按照以下组分配比配置实验材料：PLA20%~40%，PVA60%~80%，增塑剂1%~5%，补强剂1%~5%。

（3）将上述实验原料置于高速混合机中充分混合2~5分钟，得到混合均匀的实验料。

（4）将上述混合均匀的实验料通过3D打印耗材生产线进行挤出拉丝，得到适用于3D打印的聚乳酸用水溶性支撑耗材。其中3D打印耗材生产线挤出机的10段温度依次为150-170℃、160-180℃、170-190℃、170-190℃、170-190℃、170-190℃、170-190℃、170-190℃、175-195℃、180-195℃。螺杆转速为100~120r/min,喂料速度为4.5~6.5 r/min

（5）本发明的优点在于：本发明所述方法制备的聚乳酸用水溶性3D打印支撑材料，主体使用材料为PLA与PVA，其中PLA具有良好的生物可降解性，对环境极其友好，是公认的环保型材料，并且非常适合用于3D打印耗材领域；PVA可溶于水，利用PVA制成的支撑材料打印镂空或者中空制品时，该支撑材料可以很容易的从成型零件上剥离，成型零件的外形也不会因支撑的剥离而损伤。。

具体实施方式

本发明所阐述的是一种聚乳酸用水溶性3D打印支撑材料的制备方法，以下通过具体实施例进一步进行说明，但本发明不仅限于以下实施例。

实施例一

(1)将PLA2003D、PVA-LD原料分别置于80℃恒温干燥箱内干燥3小时。

(2)按照以下组分配比配置实验材料：PLA20%，PVA80%，增塑剂朗盛MESAMOLL 1%，补强剂SE851 1%。

（3）将上述实验原料置于高速混合机中充分混合2分钟，得到混合均匀的实验料,其中高混机的设置温度为38℃，转速为2200r/min

（4）将上述混合均匀的实验料通过3D打印耗材生产线进行挤出拉丝，得到适用于3D打印的聚乳酸用水溶性支撑耗材，其中挤出机的10段温度依次为155℃、165℃、175℃、175℃、175℃、175℃、175℃、175℃、175℃、185℃。螺杆转速为103r/min,喂料速度为4.6 r/min

（5）利用（4）所制得的聚乳酸用水溶性3D打印支撑材料进行镂空制件打印，打印过程流畅，打印制件表面光滑，粘结力好，利用常温水将支撑材料溶解后所得表面无损伤，尺寸稳定无变形，可完全达到3D打印支撑材料要求。

实施例二

(1)将PLA 4032D、PVA CP-1220T10原料分别置于90℃恒温干燥箱内干燥3.5小时。

(2)按照以下组分配比配置实验材料：PLA30%，PVA70%，伊斯曼TXIB环保增塑剂3%，补强剂SE845 3%。

（3）将上述实验原料置于高速混合机中充分混合3分钟，得到混合均匀的实验料,其中高混机的设置温度为40℃，转速为2500r/min

（4）将上述混合均匀的实验料通过3D打印耗材生产线进行挤出拉丝，得到适用于3D打印的聚乳酸用水溶性支撑耗材，其中挤出机的10段温度依次为165℃、170℃、180℃、180℃、180℃、180℃、180℃、180℃、180℃、190℃。螺杆转速为110r/min,喂料速度为4.9 r/min

Claims

1.一种适用于3D打印的水溶性支撑耗材的制作方法，其特征为该支撑耗材为的组成为PLA、PVA、增塑剂、增强剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述耗材的制备采用的技术为高温挤出机熔融挤出。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所用PLA牌号为4032D、2003D、2002D中的一种或几种，其配比为20%~40%。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所用PVA牌号为PVA-LD、CP-1220T10、2488 （300目）中的一种或几种，其配比为60%~80%。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所用增塑剂为朗盛MESAMOLL、伊斯曼TXIB环保增塑剂、巴斯夫Hexamoll DINCH中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所用补强剂为SE851、SE871、SE845、SE875中的一种或几种。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种聚乳酸用水溶性3D打印支撑材料的制备方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：

(1)将PLA、PVA原料分别置于80~100℃恒温干燥箱内干燥3~4小时；

(2)按照以下组分配比配置实验材料：PLA20%~40%，PVA60%~80%，增塑剂1%~5%，补强剂1%~5%；

（3）将上述实验原料置于高速混合机中充分混合2~5分钟，得到混合均匀的实验料；

（4）将上述混合均匀的实验料通过3D打印生产线进行挤出拉丝，得到适用于3D打印的聚乳酸用水溶性支撑耗材。

8.根据权利要求7所述的制备方法，所诉高混机的设置温度为35~50℃，转速为2000-5000r/min。

9.根据权利要求7所述的制备方法，所述挤出机的10段温度依次为150-170℃、160-180℃、170-190℃、170-190℃、170-190℃、170-190℃、170-190℃、170-190℃、175-195℃、180-195℃，螺杆转速为100~120r/min,喂料速度为4.5~6.5 r/min。