CN105440664A - 一种带有磨料的3d打印耗材及其制作方法 - Google Patents

一种带有磨料的3d打印耗材及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带有磨料的3D打印耗材，其包括以重量份计，包括如下组分：基材，100份，基材选自尼龙6和尼龙66两者中的一种或者两种；磨料，20重量份至30重量份，磨料选自金刚石、碳化硅以及刚玉三者中的一种或者多种；偶联剂，2重量份至3重量份。该方案，尼龙6或尼龙66具有较好的热塑性、韧性、耐磨性、耐化学品以及耐久性，磨料具有耐腐蚀性、耐高温、强度大以及抗冲击等特性，基材和磨料通过偶联剂形成有机结合，使得本发明的3D打印耗材在耐磨性和强度提到有效的提升，同时保持3D耗材的韧性，以满足3D打印机的使用需求。本发明还提出了一种带有磨料的3D打印耗材的制作方法。

Description

一种带有磨料的3D打印耗材及其制作方法
技术领域
本发明属3D打印技术领域，具体涉及一种带有磨料的3D打印耗材及其制作方法。
背景技术
3D打印技术是一种革命性的工业成型技术，原材料经过3D打印机便能直接成型，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，不需经过模具的制造，节省了模具制造的时间及成本，随着3D打印技术的迅速发展，其对材料的要求也迅速提高，现有的3D打印耗材主要PLA塑料(聚乳酸)、ABS、nylon618、PVA等。采用ABS作为基材，气味较重，不环保，市面上较多以PLA作为基材。
如在申请公布号CN104672826A，名称为“一种3D打印PLA耗材及其制备方法”的中国发明专利申请中，该专利中公开了一种3D打印PLA耗材，其包括如下重量百分比的组份：PLA塑料99.3-99.7％，颜料0.1-0.3％，助剂0.2-0.4％。该专利申请还公开一种3D打印PLA耗材的制备方法，其包括如下步骤：1、称取预定重量的PLA塑料、颜料及助剂；2、将步骤1中称取的所述PLA塑料、颜料及助剂放入高速混合机中混合5-20min，混合均匀，得到混合物；3、将步骤2中得到的所述混合物加入双螺杆挤出机中，经耦合挤出，得到PLA颜色塑料粒；4、将步骤3中得到的所述PLA颜色塑料粒加入3D制线机，制备得到3D打印PLA耗材。
通过上述方案得到的3D打印PLA耗材，具备生物可降解性，符合环保要求，然而该3D打印耗材的耐磨性和耐温性较差，该3D打印PLA耗材打印一些机械零部件，如汽配中齿轮，打印出来的齿轮的强度、耐磨性以及耐温性等均难以达到基本要求。
鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐磨性更好、强度更佳、更加环保的带有磨料的3D打印耗材；
本发明还进一步提出一种带有磨料的3D打印耗材的制作方法，采用该制作方法制作的3D打印耗材均匀性更佳、耐磨性和强度优异，能够满足汽配等机械零部件的制造需求。
为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：
一种带有磨料的3D打印耗材，以重量份计，包括如下组分：
基材，100份，基材选自尼龙6和尼龙66两者中的一种或者两种；
磨料，20重量份至30重量份，磨料选自金刚石、碳化硅以及刚玉三者中的一种或者多种；
偶联剂，2重量份至3重量份。
作为本发明的一种优选方式，所述基材为尼龙6和尼龙66的混合物，其中尼龙6的重量百分比为60％至70％，尼龙66的重量百分比为30％至40％。
作为本发明的一种优选方式，所述偶联剂为KH560偶联剂。
作为本发明的一种优选方式，还包括酒精，酒精的重量份至8至12份。
作为本发明的一种优选方式，还包括增韧剂，增韧剂的重量份为1至5重量份，增韧剂选自松节油或者环氧大豆油。
本发明还提出一种带有磨料的3D打印耗材的制作方法，包括如下步骤：
A、将基材进行基材烘干处理，基材选自尼龙6和尼龙66两者中的一种或者两种；
将磨料、偶联剂以及酒精三者混合在一起形成辅料，搅拌均匀，进行辅料烘干处理，其中磨料选自金刚石、碳化硅以及刚玉三者中的一种或者多种；
B、将基材和辅料投入螺旋挤出机挤出形成线材，其中螺旋挤出机具有第一进料口、出料口以及设置在第一进料口与出料口之间的第二进料口，基材从第一进料口中投入，辅料从第二进料口中投入，线材从出料口挤出；
C、从步骤B中出料口中出来的线材依次经过热水槽和冷水槽；
D、步骤C中出来的线材依次经过第一道牵引机牵、软化烘箱以及第二道牵引机，将线材牵拉成直径为1.7mm至2mm的线材；
E、通过收线机对步骤D中出来的线材进行收线。
在上述方案中，所述基材的重量份为100重量份，所述磨料的重量份为20至30重量份，所述偶联剂的重量份为2至3重量份，偶联剂选用KH560偶联剂，所述酒精的重量份至8至12份。
在上述方案中，在步骤A中，所述基材烘干处理中烘干温度为115摄氏度至125摄氏度，烘干时间为11小时至13小时，所述辅料烘干处理的烘干温度为95至105摄氏度，时间为1.5小时至2.5小时，在步骤C中，螺旋挤出机的挤出温度为200摄氏度至280摄氏度，所述热水槽的水温为90摄氏度至100摄氏度，所述冷水槽的水温为20摄氏度至25摄氏度；所述软化烘箱的温度为250摄氏度至260摄氏度。
在上述方案中，步骤B中，所述第一进料口与所述第二进料口之间的横向距离为所述第一进料口与所述出料口之间的横向距离的三分之二。
在上述方案中，步骤B中，辅料还包括增韧剂，增韧剂的重量份为1至5重量份，增韧剂选自松节油或者环氧大豆油。
采用本发明的技术方案后，尼龙6或尼龙66具有较好的热塑性、韧性、耐磨性、耐化学品以及耐久性，尼龙6或尼龙66作为基材保证3D耗材的柔韧性，磨料选用金刚石、碳化硅以及刚玉三者中的一种或者多种，其具有耐腐蚀性、耐高温、强度大以及抗冲击等特性，基材和磨料通过偶联剂形成有机结合，使得本发明的3D打印耗材在耐磨性和强度提到有效的提升，同时保持3D耗材的柔韧性，以满足3D打印机的使用需求。
采用本发明3D打印耗材的制作方法，将磨料、偶联剂以及酒精三者混合在一起形成辅料，酒精起到润湿磨料的作用，可以使磨料均匀分布在偶联剂中，保证里后续制造过程中磨料和基材均匀混合，通过对辅料进行辅料烘干处理，使得大部分酒精挥发掉，避免3D耗材中出现气孔而影响3D耗材的强度；螺旋挤出机采用分段进料，基材在第一进料口进料，辅料在第二进料口进料，第二进料口比第一进料口更加靠近出料口，避免了辅料行走路径过长为而造成辅料中磨料下沉，保证了3D耗材中各组分均匀分布，3D耗材整体强度和均匀度均得到有效提升。
附图说明
图1为本发明中螺旋挤出机的结构简图；
图中：
10-螺旋挤出机11-第一进料口
12-第二进料口13-出料口
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图进行详细阐述。
一种带有磨料的3D打印耗材，以重量份计，包括如下组分：
基材，100份，基材选自尼龙6和尼龙66两者中的一种或者两种；
磨料，20重量份至30重量份，磨料选自金刚石、碳化硅以及刚玉三者中的一种或者多种，磨料的粒度优选在800至3000目；
偶联剂，2重量份至3重量份。
作为本发明的一种优选方式，所述基材为尼龙6和尼龙66的混合物，其中尼龙6的重量百分比为60％至70％，尼龙66的重量百分比为30％至40％。
作为本发明的一种优选方式，所述偶联剂为KH560偶联剂。
作为本发明的一种优选方式，还包括酒精，酒精的重量份至8至12份。
作为本发明的一种优选方式，还包括增韧剂，增韧剂的重量份为1至5重量份，增韧剂选自松节油或者环氧大豆油。
实施例一
一种带有磨料的3D打印耗材的制作方法，包括如下步骤：
A、将基材进行基材烘干处理，基材选自尼龙6，重量份为100份，基材烘干处理中烘干温度为120摄氏度，烘干时间为12小时，通过基材烘干处理将基材中的水分除去，避免后续加工中3D耗材出现气孔；
将磨料、偶联剂以及酒精三者混合在一起形成辅料，搅拌均匀，进行辅料烘干处理，其中磨料选自金刚石，粒度在1000目，重量份在20份；偶联剂选用KH560偶联剂，重量份为2.5份，酒精的重量份为10份；酒精的加入对磨料起到充分润湿和润滑作用，使得磨料能够均匀分布在偶联剂中。在磨料、偶联剂以及酒精均匀混合后，进行辅料烘干处理，烘干温度为100摄氏度，时间为2小时，通过辅料烘干处理，使得辅料中大部分酒精挥发掉，避免后续步骤中因酒精挥发而造成3D耗材出现气孔。
B、将基材和辅料投入螺旋挤出机挤出形成线材，其中螺旋挤出机10具有第一进料口11、出料口13以及设置在第一进料口11与出料口13之间的第二进料口12，基材从第一进料口11中投入，辅料从第二进料口12中投入，线材从出料口13挤出，其中螺旋挤出机的挤出温度为250摄氏度。在优选方式中，所述第一进料口11与所述第二进料口12之间的横向距离为所述第一进料口11与所述出料口13之间的横向距离的三分之二，由于磨料的比重较大，采用这种结构的加料方式，能够减少磨料的行走路径，避免磨料下沉而堆积，起到避免磨料磨损和保护螺旋挤出机的作用，同时能够使得磨料与基材进行均匀地混合。
C、从步骤B中出料口中出来的线材依次经过热水槽和冷水槽；热水槽的水温为90摄氏度，冷水槽的水温为25摄氏度，通过热水槽和冷水槽对线材进行清洗和降温处理，以方便后续的牵拉处理。
D、步骤C中出来的线材依次经过第一道牵引机牵、软化烘箱以及第二道牵引机，将线材牵拉成直径为1.75mm的线材；其中所述软化烘箱的温度为250摄氏度。由于从螺旋挤出机出来的线材直径较大，而且由于线材中带有磨料，通过第一道牵引机进行初步牵拉，使得线材出现一定的形变，之后通过软化烘箱进行软化，再通过第二牵引机进行再次牵拉，采用这种加工方式能够避免线材受到较大牵引力而扯断，使得线材被均匀地被牵拉预定直径的线条。
E、通过收线机对步骤D中出来的线材进行收线，形成线卷，进行包装。
为了增加本发明中3D打印耗材的柔韧性，本发明中在步骤B中，辅料还包括增韧剂，增韧剂的重量份为3重量份，增韧剂选自者环氧大豆油。
实施例二
A、将基材进行基材烘干处理，基材选自尼龙6和尼龙66的混合物，重量份为100份，其中，尼龙6占60重量份，尼龙66占40重量份，基材烘干处理中烘干温度为120摄氏度，烘干时间为13小时；
将磨料、偶联剂以及酒精三者混合在一起形成辅料，搅拌均匀，进行辅料烘干处理，其中磨料选自碳化硅，粒度在2000目，重量份在25份；偶联剂选用KH560偶联剂，重量份为2份，酒精的重量份为8份；在磨料、偶联剂以及酒精均匀混合后，进行辅料烘干处理，烘干温度为95摄氏度，时间为1.5小时；
B、将基材和辅料投入螺旋挤出机挤出形成线材，其中螺旋挤出机10具有第一进料口11、出料口13以及设置在第一进料口11与出料口13之间的第二进料口12，基材从第一进料口11中投入，辅料从第二进料口12中投入，线材从出料口13挤出，其中螺旋挤出机的挤出温度为200摄氏度。在优选方式中，所述第一进料口11与所述第二进料口12之间的横向距离为所述第一进料口11与所述出料口13之间的横向距离的三分之二。
C、从步骤B中出料口中出来的线材依次经过热水槽和冷水槽；热水槽的水温为95摄氏度，冷水槽的水温为20摄氏度，通过热水槽和冷水槽对线材进行清洗和降温处理，以方便后续的牵拉处理。
D、步骤C中出来的线材依次经过第一道牵引机牵、软化烘箱以及第二道牵引机，将线材牵拉成直径为2mm的线材；其中所述软化烘箱的温度为255摄氏度。
E、通过收线机对步骤D中出来的线材进行收线，形成线卷，进行包装。
为了增加本发明中3D打印耗材的柔韧性，本发明中在步骤B中，辅料还包括增韧剂，增韧剂的重量份为1重量份，增韧剂选自松节油。
实施例三
A、将基材进行基材烘干处理，基材选自尼龙6和尼龙66的混合物，重量份为100份，其中，尼龙6占70重量份，尼龙66占30重量份，基材烘干处理中烘干温度为120摄氏度，烘干时间为12小时；
将磨料、偶联剂以及酒精三者混合在一起形成辅料，搅拌均匀，进行辅料烘干处理，其中磨料选自碳化硅和刚玉的混合物，粒度在3000目，重量份在25份；偶联剂选用KH560偶联剂，重量份为3份，酒精的重量份为10份；在磨料、偶联剂以及酒精均匀混合后，进行辅料烘干处理，烘干温度为105摄氏度，时间为2.5小时；
B、将基材和辅料投入螺旋挤出机挤出形成线材，其中螺旋挤出机10具有第一进料口11、出料口13以及设置在第一进料口11与出料口13之间的第二进料口12，基材从第一进料口11中投入，辅料从第二进料口12中投入，线材从出料口13挤出，其中螺旋挤出机的挤出温度为250摄氏度。在优选方式中，所述第一进料口11与所述第二进料口12之间的横向距离为所述第一进料口11与所述出料口13之间的横向距离的三分之二。
C、从步骤B中出料口中出来的线材依次经过热水槽和冷水槽；热水槽的水温为105摄氏度，冷水槽的水温为25摄氏度，通过热水槽和冷水槽对线材进行清洗和降温处理，以方便后续的牵拉处理。
D、步骤C中出来的线材依次经过第一道牵引机牵、软化烘箱以及第二道牵引机，将线材牵拉成直径为1.8mm的线材；其中所述软化烘箱的温度为260摄氏度。
E、通过收线机对步骤D中出来的线材进行收线，形成线卷，进行包装。
为了增加本发明中3D打印耗材的柔韧性，本发明中在步骤B中，辅料还包括增韧剂，增韧剂的重量份为5重量份，增韧剂选自松节油。
本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种带有磨料的3D打印耗材，其特征在于：以重量份计，包括如下组分：
基材，100份，基材选自尼龙6和尼龙66两者中的一种或者两种；
磨料，20重量份至30重量份，磨料选自金刚石、碳化硅以及刚玉三者中的一种或者多种；
偶联剂，2重量份至3重量份。
2.如权利要求1所述的带有磨料的3D打印耗材，其特征在于：所述基材为尼龙6和尼龙66的混合物，其中尼龙6的重量百分比为60％至70％，尼龙66的重量百分比为30％至40％。
3.如权利要求1所述的带有磨料的3D打印耗材，其特征在于：所述偶联剂为KH560偶联剂。
4.如权利要求3所述的带有磨料的3D打印耗材，其特征在于：还包括酒精，酒精的重量份至8至12份。
5.如权利要求1所述的带有磨料的3D打印耗材，其特征在于：还包括增韧剂，增韧剂的重量份为1至5重量份，增韧剂选自松节油或者环氧大豆油。
6.一种带有磨料的3D打印耗材的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、将基材进行基材烘干处理，基材选自尼龙6和尼龙66两者中的一种或者两种；
将磨料、偶联剂以及酒精三者混合在一起形成辅料，搅拌均匀，进行辅料烘干处理，其中磨料选自金刚石、碳化硅以及刚玉三者中的一种或者多种；
B、将基材和辅料投入螺旋挤出机挤出形成线材，其中螺旋挤出机具有第一进料口、出料口以及设置在第一进料口与出料口之间的第二进料口，基材从第一进料口中投入，辅料从第二进料口中投入，线材从出料口挤出；
C、从步骤B中出料口中出来的线材依次经过热水槽和冷水槽；
D、步骤C中出来的线材依次经过第一道牵引机牵、软化烘箱以及第二道牵引机，将线材牵拉成直径为1.7mm至2mm的线材；
E、通过收线机对步骤D中出来的线材进行收线。
7.如权利要求6所述的带有磨料的3D打印耗材的制作方法，其特征在于：所述基材的重量份为100重量份，所述磨料的重量份为20至30重量份，所述偶联剂的重量份为2至3重量份，偶联剂选用KH560偶联剂，所述酒精的重量份至8至12份。
8.如权利要求7所述的带有磨料的3D打印耗材的制作方法，其特征在于：在步骤A中，所述基材烘干处理中烘干温度为115摄氏度至125摄氏度，烘干时间为11小时至13小时，所述辅料烘干处理的烘干温度为95至105摄氏度，时间为1.5小时至2.5小时，在步骤C中，螺旋挤出机的挤出温度为200摄氏度至280摄氏度，所述热水槽的水温为90摄氏度至100摄氏度，所述冷水槽的水温为20摄氏度至25摄氏度；所述软化烘箱的温度为250摄氏度至260摄氏度。
9.如权利要求7所述的带有磨料的3D打印耗材的制作方法，其特征在于：步骤B中，所述第一进料口与所述第二进料口之间的横向距离为所述第一进料口与所述出料口之间的横向距离的三分之二。
10.如权利要求7所述的带有磨料的3D打印耗材的制作方法，其特征在于：步骤B中，辅料还包括增韧剂，增韧剂的重量份为1至5重量份，增韧剂选自松节油或者环氧大豆油。
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