CN103665905A - 一种木质3d打印耗材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种木质3D打印耗材，其组分及质量百分含量为：木粉60%—90%、ABS塑胶3%-15%、PLA4%-15%、PHA2%-10%、PP1%-2%和相容剂1%-2%。该木质3D打印耗材为木线材，具有防水、抗腐蚀、耐潮湿、不虫蛀、不发霉、耐酸碱、无毒环保的特点，散发出木头的真实味道；该木质耗材通过3D打印机190-230℃熔融沉积而成型出各种不同立体模型，模型具有天然木材的手感、观感、香味，接近实木效果并具有木质属性，像木材一样：可钉、可钻、可刨、可雕、可粘、可上漆；其综合物理性能和化学性能得到很好的提高及优化，有效地降低了对3D打印机的性能要求，因此即适合高端的3D打印机，也适合中低端的3D打印机，适用范围更广。

Description

一种木质3D打印耗材及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种3D打印耗材，具体是一种木质3D打印耗材。

背景技术

2012年由德国设计师Kai Parthy发明了世界上第一款3D木质线材Laywoo-D3，就是运用木粉和PLA（聚乳酸polylactide）两种成分制成的，是专门使用在FDM原理的3D打印机上的耗材，由于采用木粉用量过少，所以线材看起来更像塑胶，而缺少木质原有的手感、观感、香味，并缺少很多木材天然的处理加工性能，虽然PLA有绿色环保的特点，但由于PLA偏软难冷却的特性，导致线材偏软并冷却慢，稳定性难以控制，进而造成打印属性比较差，成型作品整体质量偏低，而且木粉受热是会迅速膨胀，加上PLA制成的德国Laywoo-D3线材用在国产3D打印机上经常会堵塞喷头，只适合外国打印机使用。

发明内容

针对上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种适用性强的具有良好的木材处理加工性能的木质3D打印耗材。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种木质3D打印耗材，其特点是其组分及质量百分含量为：

木粉： 60%—90%；

ABS塑胶： 3%-15%；

PLA： 4%-15%；

PHA： 2%-10%；

PP： 1%-2%；

相容剂： 1%-2%。

进一步地，该木质3D打印耗材的组分及质量百分含量为：

木粉： 10%；

ABS塑胶： 16%；

PLA： 36%；

PHA： 35%；

PP： 2%；

相容剂： 1%。

本发明的木质3D打印耗材的组分及最佳质量百分含量为：

木粉： 80%；

ABS塑胶： 4%；

PLA： 10%；

PHA： 5%；

PP： 0.5%；

相容剂： 0.5%。

为了使该木质耗材具有木材原有的手感、观感、香味，上述木粉为原生态松树木粉、青杨树木粉、桦树木粉中的一种或多种混合。

上述相容剂为环状酸酐型的相容剂；而上述ABS塑胶或PP均可由PE、PA或PPS代替。

本发明的木质3D打印耗材的制备方法，其特点是其制备步骤如下：

①、将原生木材锯成条状，放入木粉破碎磨粉机内用3-5小时研磨成80目-100目大小的细木粉；

②、将细木粉放入木粉干燥机内以80℃-90℃的温度干燥5小时以上，使木粉含水量降至0.2%-0.5%；

③、将干燥后的木粉混合上述其它组分后放入塑胶搅拌机，充分搅拌混合30分钟；

④、将混合好的原料一起加入双螺杆造粒机，经过温度160℃-190℃的高温加热，将原料在螺杆炮筒中高温塑化溶解后以螺杆转速30-60RPM挤出原料；

⑤、从螺杆挤出的原料进入造粒模具后，被分化成细条状，并被自动刀片快速切割成粒径约为0.1-0.2mm的复合颗粒；

⑥、将复合颗粒放入塑胶干燥机内以80℃-100℃干燥2-3小时；

⑦、将复合颗粒加入挤出机，经过温度170℃-210℃的高温加热，将复合颗粒在螺杆炮筒中高温塑化溶解，螺杆转速30-60 RPM挤出原料；

⑧、从螺杆挤出的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入内锥形的不锈钢挤出模具而挤出成型的木质线条；

⑨、木质条进入6米长的10℃-15℃的存有冰水的水槽，充分冷却成型线材；

⑩、线条进入牵引机卷起，通过牵引拉力固定线材的大小直径；

⑪、牵引机出来后定形的线材，进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出线材；

⑫、储线架出来的线材进入卷线机，在线盘中自动收卷成成品。

本发明的木线材是一种新型木质复合耗材，具有防水、抗腐蚀、耐潮湿、不虫蛀、不发霉、耐酸碱、无毒环保的特点，德国的Laywoo-D3的产品配方是40%木粉+60%PLA，采用过少的木粉用量造成它的线材更像塑胶，而本发明的木线材的木粉用量不低于60%，这就使得木质线材更像木材，而不像塑胶，能散发出木头的真实味道，具有天然木材的手感、观感、香味，具有良好的木材处理加工性能，接近实木效果并具有木质属性，像木材一样：可钉、可钻、可刨、可雕、可粘、可上漆；又由于德国木线材中含有大量的PLA塑胶，而PLA本身就是一种加工难度大、加工不稳定的塑胶原料，它的使用对3D打印机的温度、速度、齿轮、喷头要求非常严格，打印控制稳定性要求非常精细，只适合高端的3D打印机，而本发明的该木质线材采用了大量的木粉和少量的多种塑胶原料做底料，所以木线的综合物理性能和化学性能得到很好的提高及优化，有效地降低了对3D打印机的性能要求，因此即适合高端的3D打印机，也适合中低端的3D打印机，适用范围更广。

具体实施方式

实施例一

采用10%的原生态松树木粉、16%的ABS塑胶、36%的PLA、35%的PHA、2%的PP以及1%的环状酸酐型相容剂，通过以下配方制作出来的木质线材产品是灰白色，类似白桦树，表面相对光滑，能看到线体上面有木质效果。具体制备步骤如下：

①、将原生松树锯成条状，放入木粉破碎磨粉机内用3小时研磨成100目大小的细木粉，然后取10%的松树木粉；

②、将细木粉放入木粉干燥机内以80℃的温度干燥6小时，使木粉含水量降至0.3%；

③、将干燥后的木粉混合上述其它组分后放入塑胶搅拌机，充分搅拌混合30分钟；

④、将混合好的原料一起加入双螺杆造粒机，经过温度160℃的高温加热，将原料在螺杆炮筒中高温塑化溶解后以螺杆转速40RPM挤出原料；

⑤、从螺杆挤出的原料进入造粒模具后，被分化成细条状，并被自动刀片快速切割成粒径约为0.2mm的复合颗粒；

⑥、将复合颗粒放入塑胶干燥机内以80℃干燥3小时；

⑦、将复合颗粒加入挤出机，经过温度170℃的高温加热，将复合颗粒在螺杆炮筒中高温塑化溶解，螺杆转速40 RPM挤出原料；

⑧、从螺杆挤出的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入内锥形的不锈钢挤出模具而挤出成型的木质线条；

⑨、木质条进入6米长的15℃的存有冰水的水槽，充分冷却成型线材；

⑩、线条进入牵引机卷起，通过牵引拉力固定线材的大小直径；

⑪、牵引机出来后定形的线材，进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出线材；

⑫、储线架出来的线材进入卷线机，在线盘中自动收卷成成品。

实施例二

采用80%的原生态松树木粉、4%的ABS塑胶、10%的PLA、5%的PHA、0.5%的PP以及0.5%的环状酸酐型相容剂。通过该配方制作出来的木质线材产品是深棕色，类似树皮的颜色和粗糙，表面粗糙，有木的毛糙感，打印出来的效果是贴近树皮的深棕。具体制备步骤如下：

①、将原生松树锯成条状，放入木粉破碎磨粉机内用5小时研磨成100目大小的细木粉，然后取10%的松树木粉；

②、将细木粉放入木粉干燥机内以90℃的温度干燥5小时，使木粉含水量降至0.5%；

③、将干燥后的木粉混合上述其它组分后放入塑胶搅拌机，充分搅拌混合30分钟；

④、将混合好的原料一起加入双螺杆造粒机，经过温度180℃的高温加热，将原料在螺杆炮筒中高温塑化溶解后以螺杆转速60RPM挤出原料；

⑤、从螺杆挤出的原料进入造粒模具后，被分化成细条状，并被自动刀片快速切割成粒径约为0.1mm的复合颗粒；

⑥、将复合颗粒放入塑胶干燥机内以100℃干燥3小时；

⑦、将复合颗粒加入挤出机，经过温度200℃的高温加热，将复合颗粒在螺杆炮筒中高温塑化溶解，螺杆转速50 RPM挤出原料；

⑧、从螺杆挤出的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入内锥形的不锈钢挤出模具而挤出成型的木质线条；

⑨、木质条进入6米长的10℃的存有冰水的水槽，充分冷却成型线材；

⑩、线条进入牵引机卷起，通过牵引拉力固定线材的大小直径；

⑪、牵引机出来后定形的线材，进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出线材；

⑫、储线架出来的线材进入卷线机，在线盘中自动收卷成成品。

实施例三

采用39%的原生态松树木粉、8%的ABS塑胶、26%的PLA、25%的PHA、1.5%的PP以及0.5%的环状酸酐型相容剂。通过该配方制作出来的木质线材是浅棕色，类似奶茶的颜色，表面质感相对粗糙，接近上漆后的实木效果。具体制备步骤如下：

①、将原生松树锯成条状，放入木粉破碎磨粉机内用4小时研磨成90目大小的细木粉，然后取10%的松树木粉；

②、将细木粉放入木粉干燥机内以85℃的温度干燥5小时，使木粉含水量降至0.2%；

③、将干燥后的木粉混合上述其它组分后放入塑胶搅拌机，充分搅拌混合30分钟；

④、将混合好的原料一起加入双螺杆造粒机，经过温度170℃的高温加热，将原料在螺杆炮筒中高温塑化溶解后以螺杆转速30RPM挤出原料；

⑤、从螺杆挤出的原料进入造粒模具后，被分化成细条状，并被自动刀片快速切割成粒径约为0.1mm的复合颗粒；

⑥、将复合颗粒放入塑胶干燥机内以90℃干燥2小时；

⑦、将复合颗粒加入挤出机，经过温度210℃的高温加热，将复合颗粒在螺杆炮筒中高温塑化溶解，螺杆转速60 RPM挤出原料；

⑧、从螺杆挤出的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入内锥形的不锈钢挤出模具而挤出成型的木质线条；

⑨、木质条进入6米长的13℃的存有冰水的水槽，充分冷却成型线材；

⑩、线条进入牵引机卷起，通过牵引拉力固定线材的大小直径；

⑪、牵引机出来后定形的线材，进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出线材；

⑫、储线架出来的线材进入卷线机，在线盘中自动收卷成成品。

实施例四

采用41%的原生态松树木粉、6%的ABS塑胶、26%的PLA、25%的PHA、1.5%的PP以及0.5%的环状酸酐型相容剂。通过该配方制作出来的木质线材是浅棕色，类似奶茶的颜色，表面质感相对粗糙，接近上漆后的实木效果。具体制备步骤如下：

①、将原生松树锯成条状，放入木粉破碎磨粉机内用3小时研磨成90目大小的细木粉，然后取10%的松树木粉；

②、将细木粉放入木粉干燥机内以90℃的温度干燥6小时，使木粉含水量降至0.4%；

③、将干燥后的木粉混合上述其它组分后放入塑胶搅拌机，充分搅拌混合30分钟；

④、将混合好的原料一起加入双螺杆造粒机，经过温度180℃的高温加热，将原料在螺杆炮筒中高温塑化溶解后以螺杆转速50RPM挤出原料；

⑤、从螺杆挤出的原料进入造粒模具后，被分化成细条状，并被自动刀片快速切割成粒径约为0.2mm的复合颗粒；

⑥、将复合颗粒放入塑胶干燥机内以80℃干燥2.5小时；

⑦、将复合颗粒加入挤出机，经过温度180℃的高温加热，将复合颗粒在螺杆炮筒中高温塑化溶解，螺杆转速30 RPM挤出原料；

⑧、从螺杆挤出的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入内锥形的不锈钢挤出模具而挤出成型的木质线条；

⑨、木质条进入6米长的12℃的存有冰水的水槽，充分冷却成型线材；

⑩、线条进入牵引机卷起，通过牵引拉力固定线材的大小直径；

⑪、牵引机出来后定形的线材，进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出线材；

⑫、储线架出来的线材进入卷线机，在线盘中自动收卷成成品。

实施例五

采用40%的原生态松树木粉、7%的ABS塑胶、26%的PLA、25%的PHA、1.5%的PP以及0.5%的环状酸酐型相容剂。通过该配方制作出来的木质线材是浅棕色，类似奶茶的颜色，表面质感相对粗糙，接近上漆后的实木效果。具体制备步骤如下：

①、将原生松树锯成条状，放入木粉破碎磨粉机内用5小时研磨成80目大小的细木粉，然后取10%的松树木粉；

②、将细木粉放入木粉干燥机内以80℃的温度干燥7小时，使木粉含水量降至0.2%；

③、将干燥后的木粉混合上述其它组分后放入塑胶搅拌机，充分搅拌混合30分钟；

④、将混合好的原料一起加入双螺杆造粒机，经过温度190℃的高温加热，将原料在螺杆炮筒中高温塑化溶解后以螺杆转速60RPM挤出原料；

⑤、从螺杆挤出的原料进入造粒模具后，被分化成细条状，并被自动刀片快速切割成粒径约为0.1mm的复合颗粒；

⑥、将复合颗粒放入塑胶干燥机内以100℃干燥2小时；

⑦、将复合颗粒加入挤出机，经过温度190℃的高温加热，将复合颗粒在螺杆炮筒中高温塑化溶解，螺杆转速60RPM挤出原料；

⑧、从螺杆挤出的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入内锥形的不锈钢挤出模具而挤出成型的木质线条；

⑨、木质条进入6米长的14℃的存有冰水的水槽，充分冷却成型线材；

⑩、线条进入牵引机卷起，通过牵引拉力固定线材的大小直径；

⑪、牵引机出来后定形的线材，进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出线材；

⑫、储线架出来的线材进入卷线机，在线盘中自动收卷成成品。

通过上述五个实施例的制备方法生产出来的木质线材，直径非常的小，有1.75mm和3.0mm两种，该木质线材通过3D打印机190-230 ℃熔融沉积而成型出各种不同立体模型，模型接近实木效果并具有木质属性，像木材一样：可钉、可钻、可刨、可雕、可粘、可上漆。

尽管本发明是参照具体实施例来描述，但这种描述并不意味着对本发明构成限制。参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，对于本领域技术人员都是可以预料的，这种的变化应属于所属权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种木质3D打印耗材，其特征在于其组分及质量百分含量为：

木粉： 10%-80%；

ABS塑胶： 4%-16%；

PLA： 10%-36%；

PHA： 5%-35%；

PP： 0.5%-2%；

相容剂： 0.5%-1%。

2.根据权利要求1所述的木质3D打印耗材，其特征在于上述组分的质量百分含量为：

木粉： 10%；

ABS塑胶： 16%；

PLA： 36%；

PHA： 35%；

PP： 2%；

相容剂： 1%。

3.根据权利要求1所述的木质3D打印耗材，其特征在于上述组分的质量百分含量为：

木粉： 80%；

ABS塑胶： 4%；

PLA： 10%；

PHA： 5%；

PP： 0.5%；

相容剂： 0.5%。

4.根据权利要求1或2或3所述的木质3D打印耗材，其特征在于上述木粉为原生态松树木粉、青杨树木粉、桦树木粉中的一种或多种混合。

5.根据权利要求1或2或3所述的木质3D打印耗材，其特征在于上述相容剂为环状酸酐型的相容剂。

6.根据权利要求1或2或3所述的木质3D打印耗材，其特征在于上述ABS塑胶可由PE、PA或PPS代替。

7.根据权利要求1或2或3所述的木质3D打印耗材，其特征在于上述PP可由PE、PA或PPS代替。

8.根据权利要求1或2或3所述的木质3D打印耗材的制备方法，其特征在于其制备步骤如下：

①、将原生木材锯成条状，放入木粉破碎磨粉机内用3-5小时研磨成80目-100目大小的细木粉；

②、将细木粉放入木粉干燥机内以80℃-90℃的温度干燥5小时以上，使木粉含水量降至0.2%-0.5%；

③、将干燥后的木粉混合上述其它组分后放入塑胶搅拌机，充分搅拌混合30分钟；

④、将混合好的原料一起加入双螺杆造粒机，经过温度160℃-190℃的高温加热，将原料在螺杆炮筒中高温塑化溶解后以螺杆转速30-60RPM挤出原料；

⑤、从螺杆挤出的原料进入造粒模具后，被分化成细条状，并被自动刀片快速切割成粒径约为0.1-0.2mm的复合颗粒；

⑥、将复合颗粒放入塑胶干燥机内以80℃-100℃干燥2-3小时；

⑦、将复合颗粒加入挤出机，经过温度170℃-210℃的高温加热，将复合颗粒在螺杆炮筒中高温塑化溶解，螺杆转速30-60 RPM挤出原料；

⑧、从螺杆挤出的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入内锥形的不锈钢挤出模具而挤出成型的木质线条；

⑨、木质条进入6米长的10℃-15℃的存有冰水的水槽，充分冷却成型线材；

⑩、线条进入牵引机卷起，通过牵引拉力固定线材的大小直径；

⑪、牵引机出来后定形的线材，进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出线材；

⑫、储线架出来的线材进入卷线机，在线盘中自动收卷成成品。