CN106009563A - 一种用于3d打印的具有多彩效果的复合耗材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于3D打印的具有多彩效果的复合耗材，其组分及质量百分含量为：高温电镀彩色金属粉末：2％‑20％、助塑剂：1％‑2％、无机填充剂：1％‑10％、增韧剂：1％‑4％、PLA(聚乳酸)：64％‑95％。由于加入高温电镀彩色金属粉末，故使得该3D打印耗材打印出的模型成品，不需外部着色或二次加工，具有闪耀眼的彩色光泽，类似晶石，琥珀一样的彩色光泽和质感，韧性强不易折断，大大提高了3D打印耗材打印过程中的稳定性，提高了打印制品的质量，开拓多了一种3D打印使用的耗材，使3D打印实现多彩效果模型、产品成为现实。

Description

一种用于3D打印的具有多彩效果的复合耗材及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种3D打印耗材，具体是一种用于3D打印的多彩效果的复合耗材及其制备方法。

技术背景

3D打印技术(添加制造、增材制造或增量制造)，是以三维CAD模型数据为基础，运用粉末状金属或塑性材料，通过逐层增加材料的制造方式。该技术革新大大缩短了产品的生产时间，提高了生产效率，同时降低能耗，绿色环保，并已广泛应用于工业设计、模具制造等领域，并在建筑、生物、医疗、航空航天、人工智能等领域进行了广泛性应用。目前在中国用于FDM(桌面级)原料3D打印的耗材，至今还没有出现用于3D打印具有多彩效果的复合耗材。

具有多彩效果的复合耗材，通过使用高温电镀彩色金属粉末，制作出多彩效果的3D打印模型及产品，大大拓宽了3D打印在生活及工业领域的应用，填补了3D打印在具有多彩效果的复合耗材的技术空缺。

发明内容

针对上述3D打印市场耗材的技术空缺，本发明的目的在于提供一种3D打印的具有多彩效果的复合耗材，解决了普通PLA(聚乳酸)耗材较脆，易折断，韧性差，单体耗材颜色单一，即使多色颜料也无法在外观上达到多彩的效果的缺点。大大提高了3D打印耗材打印过程中的稳定性，提高了打印制品的质量，开拓多了一种3D打印使用的耗材，使3D打印实现多彩效果模型、产品成为现实；进一步提供一种具有大理石-云母石效果的仿大理石-云母石符合耗材的制备方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于3D打印的具有多彩效果的复合耗材，其特征在于其组分及质量百分含量为：

高温电镀彩色金属粉末：2％-20％、

助塑剂：2％-5％、

无机填充剂：1％-10％、

增韧剂：1％-10％、

聚乳酸：55％-94％。

该具有多彩效果的复合耗材的组分及质量百分含量还可以为：

高温电镀彩色金属粉末：2％、

助塑剂：2％、

无机填充剂：1％、

增韧剂：1％、

聚乳酸：94％。

该具有多彩效果的复合耗材的组分及质量百分含量还可以为：

高温电镀彩色金属粉末：20％、

助塑剂：5％、

无机填充剂：10％、

增韧剂：10％、

聚乳酸：55％。

上述高温电镀彩色金属粉末具体为金属质金葱粉或者镭射系列金葱粉或者两者按照比例1:1混合得到的混合物。

上述助塑料剂具体为乙撑双硬脂酰胺。

上述无机填充物具体为塑料低温粉。

上述增韧剂具体为弹性体AD0019。

上述高温电镀彩色金属粉末可选用200目细度到800目细度。

上述组分质量百分含量不同，在3D打印耗材使用中表现出不同的质感和光泽度。

①选择高温电镀彩色金属粉末2％-20％、助塑剂2％-5％、无机填充剂1％-10％、增韧剂1％-10％、聚乳酸：55％-95％；

②将聚乳酸、助塑剂、无机填充剂、增韧剂按比例混合后制成聚乳酸混合颗粒；

③将聚乳酸混合颗粒放入塑料干燥机内以90℃-100℃的温度烘干3-4小时，使聚乳酸混合颗粒的含水量降低至0.2％-0.5％(质量)；

④将干燥后的聚乳酸混合颗粒放入塑料搅拌机，充分搅拌混合4-6分钟，然后加入高温电镀彩色金属粉末充分搅拌混合1-2分钟；

⑤将混合的颗粒加入到螺杆挤出机，经过首段温度150℃-165℃，第二段温度170℃-180℃，第三段温度180℃-185℃，第四段温度180℃-190℃，第五段温度180℃-190℃的分段式高温塑化炮筒塑化溶解，螺杆转速30-60RPM挤出原料；

⑥塑化后的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入口径由大到小不锈钢的锥型的挤出模具后挤出成型的多彩复合线条；

⑦多彩复合线条线条进入3米长的40℃-50℃的常温冷却水槽，在牵引机的作用下将多彩复合线条线径控制在1.75mm±3.0mm的范围内然后 迅速进入到6米长的10℃-15℃存有冷水的水槽中，充分冷却使彩复合线条冷却成型线材；

⑧多彩复合线材进人40厘米长横置的温度控制在60-80℃热气矩阵进行第一次吹干，保证产品的干燥；

⑨经过吹干的线材进入牵引卷起，在固定拉力的牵引下得到高精度大小直径稳定的线材；

⑩干燥后线径稳定后定性的线材进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出的线材；

线材从储线架下来后进入40厘米长横置的常温吹气矩阵进行第二次吹干，保证线材的充分干燥；

经过第二次吹干的线材经过双向高速激光测径仪全程监控线径的直径，并保证线材的直径的精度和线材横截面的圆度；

经过测径仪的线材进入感应排线器进入卷线机，在卷线机的线盘中自动收卷成成品。

本发明的有益效果是：由于采用高温电镀彩色金属粉末和乳酸塑胶材料作为3D打印耗材的主材料，故使得该3D打印耗材打印出的制品，不需外部着色或二次加工，具有闪耀眼的彩色光泽，具有类似晶石，琥珀一样的彩色光泽和质感，韧性强不易折断，大大提高了3D打印耗材打印过程中的稳定性，提高了打印制品的质量，开拓多了3D打印耗材的技术领域。打印时模型的尺寸稳定性好、不堵孔、不翘曲、加工条件要求低，降低了制品的收缩率且保证制品具有较好的物理机械性能以及耐酸碱、防、抗紫外性能力强等耐候性。

具体实施方式

实施例一

按质量百分比，采用2％的高温电镀彩色金属粉末，1％的助塑剂，5％的无机填充剂，2％的增韧剂和90％的聚乳酸颗粒通过下列制作工艺制作的产品是多彩纯透明，表面光滑高亮，但是彩色亮点反射光较暗。打印过程稳定较强，韧性也得到提升。具体制备如下：

①将聚乳酸颗粒9000G，乙撑双硬脂酰胺100G，塑料低温粉500G和弹性体AD0019200G混合后制的聚乳酸混合颗粒；

②将聚乳酸混合颗粒放入塑料干燥机内以95℃的温度烘干4小时，使聚乳酸混合颗粒的含水量降低至0.3％(质量)；

③将干燥后的聚乳酸混合颗粒放入塑料搅拌机，充分搅拌混合5分钟，然后加入金属质金葱粉200G充分搅拌混合2分钟；

④将混合的颗粒加入到螺杆挤出机，经过首段温度150℃，第二段温度175℃，第三段温度180℃，第四段温度185℃，第五段温度185℃的分段式高温塑化炮筒塑化溶解，螺杆转速40RPM挤出原料；

⑤塑化后的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入口径由大到小不锈钢的锥型的挤出模具后挤出成型的多彩复合线条；

⑥多彩复合线条线条进入3米长的50℃的常温冷却水槽，在牵引机的作用下将多彩复合线条线径控制在1.75mm范围内然后迅速进入到6米长的15℃存有冷水的水槽中，充分冷却使彩复合线条冷却成型线材；

⑦多彩复合线材进人40厘米长横置的温度控制在60℃热气矩阵进行第一次吹干，保证产品的干燥；

⑧经过吹干的线材进入牵引卷起，在固定拉力的牵引下得到高精度大小直径稳定的线材；

⑨干燥后线径稳定后定性的线材进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出的线材；

⑩线材从储线架下来后进入40厘米长横置的常温吹气矩阵进行第二次吹干，保证线材的充分干燥；

经过第二次吹干的线材经过双向高速激光测径仪全程监控线径的直径，并保证线材的直径的精度和线材横截面的圆度；

经过测径仪的线材进入感应排线器进入卷线机，在卷线机的线盘中自动收卷成成品。

我们选用了5段经过1％增韧剂对PLA进行改性后的多彩复合线条线各1米和5段1米普通PLA打印线条在冲击测试机通过摆锤式测试方法得出。增韧剂含量在1％时,增韧效果一般,冲击强度达到29.7J/m,断裂伸长率相对没有加入增韧剂改性提高了近3倍。

实施例二

采用10％的高温电镀彩色金属粉末，2％的助塑剂，10％的无机填充剂，10％的增韧剂和68％的聚乳酸颗粒通过下列制作工艺制作的产品是多彩纯透明，表面略微粗糙，但是彩色亮点反射光泽度更强。打印过程稳定强，韧性相对方案一增强。具体制备效果如下：

①将聚乳酸颗粒7400G，乙撑双硬脂酰胺200G，塑料低温粉1000G和弹性体AD0019440G混合后制的聚乳酸混合颗粒；

②将聚乳酸混合颗粒放入塑料干燥机内以90℃的温度烘干4小时，使 聚乳酸混合颗粒的含水量降低至0.4％(质量)；

③将干燥后的聚乳酸混合颗粒放入塑料搅拌机，充分搅拌混合5分钟，然后加入金属质金葱粉500G和镭射系列金葱粉500G充分搅拌混合2分钟；

④将混合的颗粒加入到螺杆挤出机，经过首段温度160℃，第二段温度175℃，第三段温度185℃，第四段温度190℃，第五段温度185℃的分段式高温塑化炮筒塑化溶解，螺杆转速60RPM挤出原料；

⑤塑化后的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入口径由大到小不锈钢的锥型的挤出模具后挤出成型的多彩复合线条；

⑥多彩复合线条线条进入3米长的50℃的常温冷却水槽，在牵引机的作用下将多彩复合线条线径控制在1.75mm内然后迅速进入到6米长的10℃℃存有冷水的水槽中，充分冷却使彩复合线条冷却成型线材；

⑦多彩复合线材进人40厘米长横置的温度控制在80℃热气矩阵进行第一次吹干，保证产品的干燥；

⑧经过吹干的线材进入牵引卷起，在固定拉力的牵引下得到高精度大小直径稳定的线材；

⑨干燥后线径稳定后定性的线材进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出的线材；

⑩线材从储线架下来后进入40厘米长横置的常温吹气矩阵进行第二次吹干，保证线材的充分干燥；

经过第二次吹干的线材经过双向高速激光测径仪全程监控线径的直径，并保证线材的直径的精度和线材横截面的圆度；

经过测径仪的线材进入感应排线器进入卷线机，在卷线机的线盘中 自动收卷成成品。

我们同样按照案例一中选用了5段经过10％增韧剂对PLA进行改性后的多彩复合线条线各1米和5段1米普通PLA打印线条在冲击测试机通过摆锤式测试方法得出。增韧剂含量在10％时,增韧效果明显加强,冲击强度达到37.1J/m,断裂伸长率相对没有加入增韧剂改性提高了近8倍。

Claims (9)

1.一种用于3D打印的具有多彩效果的复合耗材，其特征在于其组分及质量百分含量为：

高温电镀彩色金属粉末：2％-20％、

助塑剂：2％-5％、

无机填充剂：1％-10％、

增韧剂：1％-4％、

聚乳酸：64％-95％。

2.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的具有多彩效果的复合耗材，其特征在于其组分及质量百分含量为：

高温电镀彩色金属粉末：2％、

助塑剂：1％、

无机填充剂：5％、

增韧剂：2％、

聚乳酸：90％。

3.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的具有多彩效果的复合耗材，其特征在于其组分及质量百分含量为：

高温电镀彩色金属粉末：10％、

助塑剂：2％、

无机填充剂：10％、

增韧剂：4％、

聚乳酸：74％。

4.根据权利要求1至3的任一权利要求所述的一种用于3D打印的具有多彩效果的复合耗材，其特征在于上述高温电镀彩色金属粉末可选用200目细度到800目细度。

5.根据权利要求1至4的任一权利要求所述的一种用于3D打印的具有多彩效果的复合耗材，其特征在于上述高温电镀彩色金属粉末具体为金属质金葱粉和镭射系列金葱粉。

6.根据权利要求1至3的任一权利要求所述的一种用于3D打印的具有多彩效果的复合耗材，其特征在于上述助塑料剂具体为乙撑双硬脂酰胺。

7.根据权利要求1至3的任一权利要求所述的一种用于3D打印的具有多彩效果的复合耗材，其特征在于上述无机填充物具体为塑料低温粉。

8.根据权利要求1至3的任一权利要求所述的一种用于3D打印的具有多彩效果的复合耗材，其特征在于上述增韧剂具体为弹性体AD0019。

9.根据权利要求1至5的任一权利要求所述的一种用于3D打印的具有多彩效果的复合耗材的制备方法，其特征在于制备步骤如下：

①将聚乳酸、助塑剂、无机填充剂和增韧剂按比例混合后制成聚乳酸混合颗粒；

②将聚乳酸混合颗粒放入塑料干燥机内以90℃-100℃的温度烘干3-4小时，使聚乳酸混合颗粒的含水量降低至0.2％-0.5％；

③将干燥后的聚乳酸混合颗粒放入塑料搅拌机，充分搅拌混合4-6分钟，然后加入高温电镀彩色金属粉末2％—20％充分搅拌混合1-2分钟；

④将混合的颗粒加入到螺杆挤出机，经过首段温度150℃-165℃，第二段温度170℃-180℃，第三段温度180℃-185℃，第四段温度180℃-190℃，第五 段温度180℃-190℃的分段式高温塑化炮筒塑化溶解，螺杆转速30-60RPM挤出原料；

⑤塑化后的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入口径由大到小不锈钢的锥型的挤出模具后挤出成型的多彩复合线条；

⑥多彩复合线条线条进入3米长的40℃-50℃的常温冷却水槽，在牵引机的作用下将多彩复合线条线径控制在1.75mm±3.0mm的范围内然后迅速进入到6米长的10℃-15℃存有冷水的水槽中，充分冷却使彩复合线条冷却成型线材；

⑦多彩复合线材进人40厘米长横置的温度控制在60-80℃热气矩阵进行第一次吹干，保证产品的干燥；

⑧经过吹干的线材进入牵引卷起，在固定拉力的牵引下得到高精度大小直径稳定的线材；

⑨干燥后线径稳定后定性的线材进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出的线材；

⑩线材从储线架下来后进入40厘米长横置的常温吹气矩阵进行第二次吹干，保证线材的充分干燥；

经过第二次吹干的线材经过双向高速激光测径仪全程监控线径的直径，并保证线材的直径的精度和线材横截面的圆度；

经过测径仪的线材进入感应排线器进入卷线机，在卷线机的线盘中自动收卷成成品。