CN105968677A - 一种易塑型3d打印材料及其制备方法 - Google Patents

一种易塑型3d打印材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种易塑型3D打印材料及其制备方法，该3D打印材料按照重量份数包括以下组分制成：ABS 120～140份；光扩散剂2～8份；引发剂2～8份；交联剂10～20份；偶联剂10～20份；蛤壳粉10～30份；单质硫2～8份；麦饭石粉1～4份；核桃壳超微粉1～4份；柠檬烯1～6份；助剂0.2～0.4份。本发明提供了一种3D打印材料新品种供用户根据需要选择使用，从3D打印材料方面，极大拓展了以ABS为主要原料的3D打印材料的应用发展空间，意义显著。

Description

一种易塑型3D打印材料及其制备方法
技术领域
本发明属于3D打印领域，具体涉及一种3D打印用材料及其制备方法。
背景技术
随着3D打印技术日新月异的发展，3D打印的概念逐渐被公众知悉。FDM技术是利用ABS，polycarbonate(PC)，polyphenylsulfone(PPSF)、PLA以及其它热塑性材料受到加热挤压成为半熔融状态的细丝，由沉积在层层堆栈基础上的方式，从3D CAD资料直接建构原型。该技术通常应用于塑型，装配，功能性测试以及概念设计。此外，FDM技术可以应用于打样与快速制造。
ABS材料，ABS，原名为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，是家用熔融沉积(FDM)式线材的主要核心。从材料的性质方面，从热端的角度来看，ABS塑料相当容易打印。无论用什么样的挤出机，都会相对滑顺地挤出材料。ABS弹性十足，适合做成穿戴用品或装饰品，只要以适当的温度打印，让层层材料牢牢黏住，ABS的强度就会变得相当高。ABS具有柔软性，即使承受压力也只会弯曲，不会折断。
然而这种材料一方面具有遇冷收缩的特性，会从加热板上局部脱落、悬空，造成问题。另外，要是打印的物体高度很高，有时还会整层剥离。因此，ABS打印不能少了加热板。另一方面打印时的气味非常让人有不舒服。
随着科技发展和社会进步，3D打印产品开始不仅限于工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支等领域，也开始走进人们的日常生活，用以制作一些生活器具或装饰品，但目前在生活中的应用还是体现在所打印出来的产品的形状带来的用途，以及其色彩和形状形成的艺术设计等，对3D打印的应用开发还存在很大的空间，同时在可降解率、韧性和强度上都有待进一步提升。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的第一个技术问题是提供易塑型3D打印材料。本发明所要解决的第二个技术问题是该易塑型3D打印材料的制备方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种易塑型3D打印材料，按照重量份数包括以下组分制成：ABS 120～140份；光扩散剂2～8份；引发剂2～8份；交联剂10～20份；偶联剂10～20份；蛤壳粉10～30份；单质硫2～8份；麦饭石粉1～4份；核桃壳超微粉1～4份；柠檬烯1～6份；助剂0.2～0.4份。
进一步优选的，按照重量份数还包括羽毛粉2～8份。
优选的，所述光扩散剂为有机硅光扩散剂。
优选的，所述引发剂为热引发剂。
优选的，所述引发剂为光引发剂与热引发剂的混合物。
优选的，所述引发剂按照重量份数包括以下组分制成：光引发剂1～3份；热引发剂1～5份。
优选的，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂中的一种或两种的混合物。
优选的，所述助剂按照重量份数包括以下组分制成：增塑剂0.1～0.2份；增韧剂0.1～0.2份。
本发明同时提供了用于上述易塑型3D打印材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将ABS颗粒高温熔融，加入引发剂和交联剂进行混合，接枝；
2)搅拌均匀后冷却至20℃～30℃，放入挤出机，加热，挤出，粉碎得到制备接枝交联剂的ABS粉末；
3)将步骤2)得到的ABS粉末和相应重量份数的蛤壳粉、单质硫、核桃壳超微粉、麦饭石粉、偶联剂和助剂，加热混合并高速搅拌均匀；
4)将步骤3)所得物继续混合并搅拌均匀的同时，依次混合加入经过雾化处理的相应重量份数的柠檬烯；
5)继而加入相应重量份数的光扩散剂，继续混合并搅拌均匀；
6)在紫外灯照射30～60min的同时，搅拌冷却至50℃～55℃后，放入挤出机中，加热挤出，真空干燥，制备得到目标产物。
作为优选的，所述步骤3)为：将步骤2)得到的ABS粉末和相应重量份数的蛤壳粉、单质硫、核桃壳超微粉、羽毛粉、麦饭石粉、偶联剂和助剂，加热混合并高速搅拌均匀。
有益效果：本发明提供的易塑型3D打印材料，在具有3D打印材料的基本性能的基础上，一方面大幅增强了材料的网络结构，用该材料制成的3D打印产品韧性好，可降解率高；另一方面通过蛤壳粉、引发剂与单质硫的协同作用，缓解了ABS材料遇冷收缩的特性，有效减少了ABS材料打印时可能存在的整层剥离带来的问题，提升塑型质量；当组分中进一步增加有羽毛粉时，引发剂与单质硫和羽毛粉协同作用，能有效克服ABS材料打印时容易发生的局部脱落、悬空或整层剥离带来的问题，进一步有效提升产品的打印塑型质量；同时其组分柠檬烯不仅有效改善ABS材料在进行高温打印作业时的气味，而且与麦饭石粉协同作用具有抗氧化作用，进一步显著提高了本发明提供的3D打印材料的抗氧化性能和稳定性；加上整体组分协同作用，使得用该材料制成的3D打印产品质地均匀，应力均匀，易于切削塑型，为在打印制得的产品上进一步人工微雕、切削、塑型提供了更好的易用性。
同时本发明提供的易塑型3D打印材料的制备方法，通过在高速搅拌的过程中雾化加入柠檬烯，并紫外灯照射下进行搅拌冷却，进一步提升了所制得的3D打印耗材的稳定性及抗氧化性。
整体延长了使用寿命，提供了一种3D打印材料新品种供用户根据需要选择使用，从3D打印材料方面，极大拓展了以ABS为主要原料的3D打印材料的应用发展空间，意义显著。
具体实施方式
实施例1：一种易塑型3D打印材料，按照重量份数包括以下组分制成：ABS 120份；光扩散剂2份；引发剂2份；交联剂10份；偶联剂10份；蛤壳粉10份；单质硫2份；麦饭石粉1份；核桃壳超微粉1份；柠檬烯1份；助剂0.2份。
其中光扩散剂为有机硅光扩散剂。
其中引发剂按照重量份数包括以下组分制成：光引发剂1份；热引发剂1份。
其中所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。
其中助剂按照重量份数包括以下组分制成：增塑剂0.1份；增韧剂0.1份。
制备方法包括如下步骤：1)将ABS颗粒高温熔融，加入引发剂和交联剂进行混合，接枝；2)搅拌均匀后冷却至20℃，放入挤出机，加热，挤出，粉碎得到制备接枝交联剂的ABS粉末；3)将步骤2)得到的ABS粉末和相应重量份数的蛤壳粉、单质硫、核桃壳超微粉、麦饭石粉、偶联剂和助剂，加热混合并高速搅拌均匀；4)将步骤3)所得物继续混合并搅拌均匀的同时，依次混合加入经过雾化处理的相应重量份数的柠檬烯；5)继而加入相应重量份数的光扩散剂，继续混合并搅拌均匀；6)在紫外灯照射30的同时，搅拌冷却至50℃后，放入挤出机中，加热挤出，真空干燥，制备得到目标产物。经试验检测，材料的柔韧性能达到82.1Mpa、缺口冲击强度达到47.7MJ/m2。
实施例2：一种易塑型3D打印材料，按照重量份数包括以下组分制成：ABS 140份；光扩散剂8份；引发剂8份；交联剂20份；偶联剂20份；蛤壳粉30份；单质硫8份；麦饭石粉4份；核桃壳超微粉4份；柠檬烯6份；助剂0.4份。
其中光扩散剂为有机硅光扩散剂。
其中引发剂按照重量份数包括以下组分制成：光引发剂3份；热引发剂5份。
其中偶联剂为硅烷偶联剂。
其中助剂按照重量份数包括以下组分制成：增塑剂0.2份；增韧剂0.2份。
制备方法包括如下步骤：1)将ABS颗粒高温熔融，加入引发剂和交联剂进行混合，接枝；2)搅拌均匀后冷却至30℃，放入挤出机，加热，挤出，粉碎得到制备接枝交联剂的ABS粉末；3)将步骤2)得到的ABS粉末和相应重量份数的蛤壳粉、单质硫、核桃壳超微粉、麦饭石粉、偶联剂和助剂，加热混合并高速搅拌均匀；4)将步骤3)所得物继续混合并搅拌均匀的同时，依次混合加入经过雾化处理的相应重量份数的柠檬烯；5)继而加入相应重量份数的光扩散剂，继续混合并搅拌均匀；6)在紫外灯照射60min的同时，搅拌冷却至55℃后，放入挤出机中，加热挤出，真空干燥，制备得到目标产物。经试验检测，材料的柔韧性能达到82.3Mpa、缺口冲击强度达到47.8MJ/m2。
实施例3：一种易塑型3D打印材料，按照重量份数包括以下组分制成：ABS 130份；光扩散剂5份；引发剂5份；交联剂15份；偶联剂15份；蛤壳粉20份；单质硫5份；麦饭石粉3份；核桃壳超微粉2份；羽毛粉5份；柠檬烯4份；助剂0.3份。
其中光扩散剂为有机硅光扩散剂。
其中引发剂按照重量份数包括以下组分制成：热引发剂5份。
其中偶联剂为钛酸酯偶联剂与硅烷偶联剂的混合物，比例为2:3。
其中助剂按照重量份数包括以下组分制成：增塑剂0.15份；增韧剂0.15份。
制备方法包括如下步骤：1)将ABS颗粒高温熔融，加入引发剂和交联剂进行混合，接枝；2)搅拌均匀后冷却至25℃，放入挤出机，加热，挤出，粉碎得到制备接枝交联剂的ABS粉末；3)将步骤2)得到的ABS粉末和相应重量份数的蛤壳粉、单质硫、核桃壳超微粉、羽毛粉、麦饭石粉、偶联剂和助剂，加热混合并高速搅拌均匀；4)将步骤3)所得物继续混合并搅拌均匀的同时，依次混合加入经过雾化处理的相应重量份数的柠檬烯；5)继而加入相应重量份数的光扩散剂，继续混合并搅拌均匀；6)在紫外灯照射45min的同时，搅拌冷却至52℃后，放入挤出机中，加热挤出，真空干燥，制备得到目标产物。经试验检测，材料的柔韧性能达到83.6Mpa、缺口冲击强度达到48.6MJ/m2。
实施例4：一种易塑型3D打印材料，按照重量份数包括以下组分制成：ABS 125份；光扩散剂3份；引发剂3份；交联剂12份；偶联剂12份；蛤壳粉15份；单质硫4份；麦饭石粉2份；核桃壳超微粉2份；羽毛粉4份；柠檬烯2份；助剂0.2份。
其中光扩散剂为有机硅光扩散剂。
其中引发剂按照重量份数包括以下组分制成：热引发剂3份。
其中偶联剂为钛酸酯偶联剂。
其中助剂按照重量份数包括以下组分制成：增塑剂0.1份；增韧剂0.1份。
制备方法包括如下步骤：1)将ABS颗粒高温熔融，加入引发剂和交联剂进行混合，接枝；2)搅拌均匀后冷却至25℃，放入挤出机，加热，挤出，粉碎得到制备接枝交联剂的ABS粉末；3)将步骤2)得到的ABS粉末和相应重量份数的蛤壳粉、单质硫、核桃壳超微粉、羽毛粉、麦饭石粉、偶联剂和助剂，加热混合并高速搅拌均匀；4)将步骤3)所得物继续混合并搅拌均匀的同时，依次混合加入经过雾化处理的相应重量份数的柠檬烯；5)继而加入相应重量份数的光扩散剂，继续混合并搅拌均匀；6)在紫外灯照射40min的同时，搅拌冷却至50℃后，放入挤出机中，加热挤出，真空干燥，制备得到目标产物。
经试验检测，材料的柔韧性能达到82.8Mpa、缺口冲击强度达到48.3MJ/m2。
实施例5：一种易塑型3D打印材料，按照重量份数包括以下组分制成：ABS 135份；光扩散剂6份；引发剂6份；交联剂18份；偶联剂18份；蛤壳粉25份；单质硫6份；麦饭石粉3份；核桃壳超微粉3份；羽毛粉6份；柠檬烯4份；助剂0.4份。
其中光扩散剂为有机硅光扩散剂。
其中引发剂按照重量份数包括以下组分制成：光引发剂2份；热引发剂4份。
其中偶联剂为钛酸酯偶联剂与硅烷偶联剂的混合物。
其中助剂按照重量份数包括以下组分制成：增塑剂0.2份；增韧剂0.2份。
制备方法包括如下步骤：1)将ABS颗粒高温熔融，加入引发剂和交联剂进行混合，接枝；2)搅拌均匀后冷却至25℃，放入挤出机，加热，挤出，粉碎得到制备接枝交联剂的ABS粉末；3)将步骤2)得到的ABS粉末和相应重量份数的蛤壳粉、单质硫、核桃壳超微粉、羽毛粉、麦饭石粉、偶联剂和助剂，加热混合并高速搅拌均匀；4)将步骤3)所得物继续混合并搅拌均匀的同时，依次混合加入经过雾化处理的相应重量份数的柠檬烯；5)继而加入相应重量份数的光扩散剂，继续混合并搅拌均匀；6)在紫外灯照射50min的同时，搅拌冷却至55℃后，放入挤出机中，加热挤出，真空干燥，制备得到目标产物。经试验检测，材料的柔韧性能达到82.5Mpa、缺口冲击强度达到48.1MJ/m2。
以上实施列对本发明不构成限定，相关工作人员在不偏离本发明技术思想的范围内，所进行的多样变化和修改，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种易塑型3D打印材料，其特征在于，按照重量份数包括以下组分制成：ABS120～140份；光扩散剂2～8份；引发剂2～8份；交联剂10～20份；偶联剂10～20份；蛤壳粉10～30份；单质硫2～8份；麦饭石粉1～4份；核桃壳超微粉1～4份；柠檬烯1～6份；助剂0.2～0.4份。
2.根据权利要求1所述的易塑型3D打印材料，其特征在于，按照重量份数还包括羽毛粉2～8份。
3.根据权利要求1所述的易塑型3D打印材料，其特征在于，所述光扩散剂为有机硅光扩散剂。
4.根据权利要求1所述的易塑型3D打印材料，其特征在于，所述引发剂为热引发剂，或为光引发剂与热引发剂的混合物。
5.根据权利要求1所述的易塑型3D打印材料，其特征在于，所述引发剂按照重量份数包括以下组分制成：光引发剂1～3份；热引发剂1～5份。
6.根据权利要求1所述的易塑型3D打印材料，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂中的一种或两种的混合物。
7.根据权利要求1所述的易塑型3D打印材料，其特征在于，所述助剂按照重量份数包括以下组分制成：增塑剂0.1～0.2份；增韧剂0.1～0.2份。
8.如权利要求1～7所述的易塑型3D打印材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将ABS颗粒高温熔融，加入引发剂和交联剂进行混合，接枝；
2)搅拌均匀后冷却至20℃～30℃，放入挤出机，加热，挤出，粉碎得到制备接枝交联剂的ABS粉末；
3)将步骤2)得到的ABS粉末和相应重量份数的蛤壳粉、单质硫、核桃壳超微粉、麦饭石粉、偶联剂和助剂，加热混合并高速搅拌均匀；
4)将步骤3)所得物继续混合并搅拌均匀的同时，依次混合加入经过雾化处理的相应重量份数的柠檬烯；
5)继而加入相应重量份数的光扩散剂，继续混合并搅拌均匀；
6)在紫外灯照射30～60min的同时，搅拌冷却至50℃～55℃后，放入挤出机中，加热挤出，真空干燥，制备得到目标产物。
9.根据权利要求8所述的易塑型3D打印材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)为：将步骤2)得到的ABS粉末和相应重量份数的蛤壳粉、单质硫、核桃壳超微粉、羽毛粉、麦饭石粉、偶联剂和助剂，加热混合并高速搅拌均匀。
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