CN106543689B - 一种新型硬质柔性3d打印材料 - Google Patents

一种新型硬质柔性3d打印材料 Download PDF

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本发明涉及3D打印领域,尤其涉及尤其涉及一种新型硬质柔性3D打印材料。其制备方法包含如下步骤:混料:在柔性基体中混入一些可以通过后处理方法变软的硬质材料;制料:挤出获得硬质材料;后处理:硬质材料后处理后变成柔性材料。有益效果:(1)密封保存后的材料,硬度高,采用FDM机器打印时非常顺利,不受齿轮进料装置影响,不卡丝;(2)该材料打印成型容易,不拉丝,模型无斑点;(3)曲面打印效果好;(4)可采用常规3D硬质打印材料的打印速度,比柔性材料打印速度(柔性材料常规设计速度在20‑40mm/S)提高1倍多;(5)后处理得到的最终材料韧性好;(6)软化成型容易,无毒无害。

Description

一种新型硬质柔性3D打印材料
技术领域
本发明涉及3D打印领域,尤其涉及尤其涉及一种新型硬质柔性3D打印材料。
背景技术
目前,3D打印技术发展迅猛,3D打印材料是支撑3D打印行业发展的三大关键技术之一。目前,市场上的FDM 3D打印机占有量大,但是直接打印柔性材料仍存在缺陷,主要表现在两方面:(1)FDM 3D打印机挤出装置多为齿轮啮合,该装置易导致柔性材料卡丝,造成打印的失败;(2)如果采用单纯的TPU、TPE、PUR等柔性材料打印,打印模型不光滑,在模型表面易形成丝状或斑点,需要进行二次处理。其实柔性材料的工业应用十分广泛,例如:鞋厂,儿童玩具等。为了扩展FDM机器的应用市场,必须开发能够满足FDM打印机打印的硬质柔性材料。这种新型硬质柔性3D打印材料能解决用户使用过程中存在的障碍,而且打印模型光滑细腻,在工业鞋厂设计,柔性模型打印,儿童玩具市场具有广阔的应用前景。
发明内容
发明的目的:为了提供一种效果更好的新型硬质柔性3D打印材料,具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。
为了达到如上目的,本发明采取如下技术方案:
一种新型硬质柔性3D打印材料,其特征在于,其制备方法包含如下步骤:
混料:在柔性基体中混入一些可以通过后处理方法变软的硬质材料;
制料:挤出获得硬质材料;
后处理:硬质材料后处理后变成柔性材料。
本发明进一步技术方案在于,所述柔性基体包括TPU、TPE、PUR、SBS、SEBS中的一种或多种。
本发明进一步技术方案在于,所述可以通过后处理方法变软的硬质材料包括聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、赛璐璐、聚酯、硬质TPU、轻度交联的聚苯乙烯的一种或多种。
本发明进一步技术方案在于,所述混料的步骤中还包含增强材料,所述增强材料为包括刚性链的高分子和/或填料。
本发明进一步技术方案在于,所述刚性高分子链包括PC、ABS、PLA、PS、PA中的一种或多种。
本发明进一步技术方案在于,所述填料包括硅微粉、蒙脱土、高岭土、硅藻土、白炭黑、碳酸钙、气相二氧化硅、氢氧化铝、滑石粉中的一种或多种。
本发明进一步技术方案在于,还包含相容剂、抗氧剂、增韧剂和增塑剂。
软质材料:40-80份
本发明进一步技术方案在于,柔性基体包含的重量份为40-80份,经过后处理可以变软的硬质材料的重量份为10-60份;还包含10-30份的增硬组分;还包含0-10份的填料。
本发明进一步技术方案在于,所述后处理是指将制料后的物质在水,醋,酒,碱溶液、或食盐水中浸泡软化模型。
本发明进一步技术方案在于,所述制料是指通过单螺杆挤出机进行制备,包含以下步骤:
(1)将上述的混料的粒料进行干燥,干燥温度60-65℃,干燥时间为6.5-8.5小时:
(2)将干燥好的粒料加入单螺杆挤出机的料筒,挤出成型,出口模后采用风冷,直至定型;
(3)缠绕成卷:选取匀速拉力牵引,可得到直径为1.75mm和直径为3.00mm的均匀3D打印丝。
采用如上技术方案的本发明,相对于现有技术有如下有益效果:(1)密封保存的材料,硬度高,采用FDM机器打印时非常顺利,不受齿轮进料装置影响,不卡丝;(2)该材料打印成型容易,不拉丝,模型无斑点;(3)曲面打印效果好;(4)可采用常规3D硬质打印材料的打印速度,比柔性材料打印速度(柔性材料常规设计速度在20-40mm/S)提高1倍多;(5)后处理得到的最终材料韧性好;(6)软化成型容易,无毒无害。
具体实施方式
下面对本发明的实施例进行说明,实施例不构成对本发明的限制:
方案一:制备基础硬质柔性3D打印材料
基础3D打印材料包含以下物质:软质材料,经过后处理可以变软的硬质材料、增硬组分、填料和助剂。软质材料包括TPU,TPE,PUR、SBS、SEBS等弹性体材料,一种或两种;经过后处理可以变软的硬质材料包括聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、赛璐璐、聚酯、硬质TPU、轻度交联的聚苯乙烯等,一种或多种;增硬组分包括PC、ABS、PLA、PS、PA等,一种或两种;填料包括硅微粉、蒙脱土、高岭土、硅藻土、白炭黑、碳酸钙、气相二氧化硅、氢氧化铝、滑石粉等,以上物质中的一种或数种;助剂包括相容剂、抗氧剂、增韧剂和增塑剂。上述增韧剂包括橡胶类、热塑性弹性体、共聚物、核壳结构材料,及其改性结构材料,例如EVA、POE-g-MAH、POE-g-GMA和ACR,以上物质中的一种或数种;上述增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、柠檬三丁酯、PEG-2000中的一种或数种;上述相容剂包括聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、聚苯乙烯接枝马来酸酐、聚乳酸接枝马来酸酐、ABS接枝马来酸酐等,以上物质中的一种或数种;上述抗氧剂包括包括芳香类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂和辅助抗氧剂中的一种或两种;
本发明进一步技术方案在于,利用如上所述的方法制备的硬质变软材料作为基础配置混合材料;混合材料基本的配方如下(按重量份):
软质材料:40-80份
经过后处理可以变软的硬质材料:10-60份
增硬组分:10-30份
填料:0-10份
助剂:适量
本发明进一步技术方案在于,所述混合材料在双螺杆挤出机中造粒,其挤出温度不超过190℃。
方案二:制备3D打印丝
本发明进一步技术方案在于,造粒后还包含成型的步骤,其特征在于,通过单螺杆挤出机进行制备,包含以下步骤:
(1)将上述的改性材料的粒料进行干燥,干燥温度60-65℃,干燥时间为6.5-8.5小时:
(2)将干燥好的粒料加入单螺杆挤出机的料筒,挤出成型,出口模后采用风冷,直至定型;
(3)缠绕成卷:选取匀速拉力牵引,可得到直径为1.75mm和直径为3.00mm的均匀3D打印丝。
方案三:3D打印材料的软化。
采用如上的3D打印材料打印成型后,在水,醋,酒,碱溶液、或食盐水中浸泡软化模型。
下面对本发明的实施例进行说明,实施例不构成对本发明的限制:
实施例一:
将700gTPU、200g聚乙烯醇、100g ABS、10g纳米蒙脱土进行干燥,然后与5g邻苯二甲酸二辛酯,5g抗氧剂1010,50g EVA,50gABS-g-MAH进行预混合,混合均匀后加入双螺杆挤出机挤出造粒,所设置的温度依次为130℃,170℃,180℃,175℃,170℃。所得的粒料为硬质变软材料的粒料。
将所得粒料在60-65℃干燥,干燥时间为3.5小时,然后采用单螺杆挤出机进行挤出成型。挤出条件如下:螺杆比1∶28,第一区间进料温度160℃;第二区间温度185℃;第三区间温度205℃;第四区间温度195℃;螺杆速度30转/min,电机转速800-900转/min。出口模后,在距离模口50cm处,冷风吹,促使丝线高速旋转;第一段冷却完毕,空置50cm长度,再进行微风冷却;然后空置自然风冷却,直至定型。最后选取匀速拉力牵引,牵引力拉力机显示为16-17赫兹,缠绕成卷,此时可以定型为直径1.75mm的均匀打印丝。即为所得的3D硬质变软打印材料。此种材料经过3D打印后,采用常温的水进行进行后处理,经过一段时间后打印材料可由硬变软。
实施例二
将600gTPU、200g聚乙烯醇、200g ABS、20g纳米蒙脱土进行干燥,然后与5g邻苯二甲酸二辛酯,5g抗氧剂1010,50gPTW,50g ABS-g-MAH进行预混合,混合均匀后加入双螺杆挤出机挤出造粒,所设置的温度依次为130℃,170℃,180℃,175℃,170℃。所得的粒料为硬质变软材料的粒料。
将所得粒料在60-65℃干燥,干燥时间为3.5小时,然后采用单螺杆挤出机进行挤出成型。挤出条件如下:螺杆比1∶28,第一区间进料温度160℃;第二区间温度185℃;第三区间温度205℃;第四区间温度195℃;螺杆速度30转/min,电机转速800-900转/min。出口模后,在距离模口50cm处,冷风吹,促使丝线高速旋转;第一段冷却完毕,空置50cm长度,再进行微风冷却;然后空置自然风冷却,直至定型。最后选取匀速拉力牵引,牵引力拉力机显示为16-17赫兹,缠绕成卷,此时可以定型为直径1.75mm的均匀打印丝。即为所得的3D硬质变软打印材料。此种材料经过3D打印后,采用常温的水进行进行后处理,经过一段时间后打印材料可由硬变软。
实施例三:
将600gTPU、200g轻度交联的聚苯乙烯、100g PS进行干燥,然后与然后与5g邻苯二甲酸二辛酯,5g抗氧剂1010,50g EVA,50g PS-g-MAH进行预混合,混合均匀后加入双螺杆挤出机挤出造粒,所设置的温度依次为130℃,170℃,180℃,175℃,170℃。所得的粒料为硬质变软材料的粒料。
将所得粒料在60-65℃干燥,干燥时间为3.5小时,然后采用单螺杆挤出机进行挤出成型。挤出条件如下:螺杆比1∶28,第一区间进料温度160℃;第二区间温度185℃;第三区间温度195℃;第四区间温度190℃;螺杆速度30转/min,电机转速800-900转/min。出口模后,在距离模口50cm处,冷风吹,促使丝线高速旋转;第一段冷却完毕,空置50cm长度,再进行微风冷却;然后空置自然风冷却,直至定型。最后选取匀速拉力牵引,牵引力拉力机显示为16-17赫兹,缠绕成卷,此时可以定型为直径1.75mm的均匀打印丝。即为所得的3D硬质变软打印材料。此种材料经过3D打印后,进行后处理,经过一段时间后打印材料可由硬变软。
实施例四:
将600gTPU、200g聚乙烯醇、100g PLA、10g纳米蒙脱土进行干燥,然后与5g邻苯二甲酸二辛酯,5g抗氧剂1010,50g核壳结构的增韧剂,50g PLA-g-MAH进行预混合,混合均匀后加入双螺杆挤出机挤出造粒,所设置的温度依次为130℃,170℃,180℃,175℃,170℃。所得的粒料为硬质变软材料的粒料。
将所得粒料在60-65℃干燥,干燥时间为3.5小时,然后采用单螺杆挤出机进行挤出成型。挤出条件如下:螺杆比1∶28,第一区间进料温度160℃;第二区间温度185℃;第三区间温度205℃;第四区间温度195℃;螺杆速度30转/min,电机转速800-900转/min。出口模后,在距离模口50cm处,冷风吹,促使丝线高速旋转;第一段冷却完毕,空置50cm长度,再进行微风冷却;然后空置自然风冷却,直至定型。最后选取匀速拉力牵引,牵引力拉力机显示为16-17赫兹,缠绕成卷,此时可以定型为直径1.75mm的均匀打印丝。即为所得的3D硬质变软打印材料。此种材料经过3D打印后,采用常温的水进行进行后处理,经过一段时间后打印材料可由硬变软。
实施例五:
将600gTPU、200g赛璐璐、100g ABS进行干燥,然后与5g邻苯二甲酸二辛酯,3g抗氧剂1010,50g EVA,50gABS-g-MAH进行预混合,混合均匀后加入双螺杆挤出机挤出造粒,所设置的温度依次为130℃,170℃,180℃,175℃,170℃。所得的粒料为硬质变软材料的粒料。
将所得粒料在60-65℃干燥,干燥时间为3.5小时,然后采用单螺杆挤出机进行挤出成型。挤出条件如下:螺杆比1∶28,第一区间进料温度160℃;第二区间温度185℃;第三区间温度205℃;第四区间温度195℃;螺杆速度30转/min,电机转速800-900转/min。出口模后,在距离模口50cm处,冷风吹,促使丝线高速旋转;第一段冷却完毕,空置50cm长度,再进行微风冷却;然后空置自然风冷却,直至定型。最后选取匀速拉力牵引,牵引力拉力机显示为16-17赫兹,缠绕成卷,此时可以定型为直径1.75mm的均匀打印丝。即为所得的3D硬质变软打印材料。打印完后浸泡在酒中,材料可以变软。
实施例六:
将600gTPU、200g聚乙烯醇、100gABS、10g纳米蒙脱土进行干燥,然后与5g邻苯二甲酸二辛酯,50g EVA,50gPS-g-MAH进行预混合,混合均匀后直接加入单螺杆挤出机直接进行挤出成型。挤出条件如下:螺杆比1∶28,第一区间进料温度175℃;第二区间温度190℃;第三区间温度210℃;第四区间温度200℃;螺杆速度30转/min,电机转速800-900转/min。出口模后,在距离模口50cm处,冷风吹,促使丝线高速旋转;第一段冷却完毕,空置50cm长度,再进行微风冷却;然后空置自然风冷却,直至定型。最后选取匀速拉力牵引,牵引力拉力机显示为16-17赫兹,缠绕成卷,此时可以定型为直径1.75mm的均匀打印丝。即为所得的3D硬质变软打印材料。打印完后浸泡在冷水中,材料可以变软。
需要说明的是,本专利提供的多个方案包含本身的基本方案,相互独立,并不相互制约,但是其也可以在不冲突的情况下相互组合,达到多个效果共同实现。
Figure BSA0000121177810000071
总的来说,本发明公开了一种硬质柔性3D打印材料及其制备方法。原理是在柔性基体中加入一些可以通过后处理方法变软的硬质材料,首先得到硬质材料,后处理后变成柔性材料。成型方法是通过单螺杆挤出机挤出成型,经空气冷却,绕成卷,即得到1.75mm或3.0mm的3D打印材料。后处理所用的液体为醋、酒、水、碱溶液,或食盐溶液。此种材料在没有后处理前硬度高,可用FDM机器打印,打印时不卡丝,不拉丝;保质期长;经过后处理得到的最终材料韧性好。此技术能使柔性材料在3D打印领域得到广泛的应用,因此具有巨大的应用价值。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

Claims (3)

1.一种3D打印模型,其特征在于,以重量份计,由以下原料制成:柔性基体40-80份、硬质材料10-60份、增硬组份10-30份、填料0-10份;
所述柔性基体包括TPU、PUR、SBS、SEBS中的一种或多种;
所述硬质材料包括聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、赛璐璐、聚酯、硬质TPU、轻度交联的聚苯乙烯的一种或多种;
所述增硬组份为刚性链高分子,包括PC、ABS、PLA、PS、PA中的一种或多种;
所述填料包括硅微粉、蒙脱土、高岭土、硅藻土、白炭黑、碳酸钙、气相二氧化硅、氢氧化铝、滑石粉中的一种或多种;
将上述材料按照所述重量份数混合,然后在双螺杆挤出机中造粒,其挤出温度不超过190℃;
制备3D打印丝,具体包括:
(1)将上述材料的粒料进行干燥,干燥温度60-65℃,干燥时间为6.5-8.5小时;
(2)将干燥好的粒料加入单螺杆挤出机的料筒,挤出成型,出口模后采用风冷,直至定型;
(3)缠绕成卷:选取匀速拉力牵引,可得到直径为1.75mm和直径为3.00mm的均匀3D打印丝;
软化:将3D打印丝制成的模型在水,醋,酒,碱溶液、或食盐水中浸泡软化。
2.如权利要求1所述的一种3D打印模型,其特征在于,原料还包含相容剂、抗氧剂、增韧剂和增塑剂。
3.权利要求1或2所述的3D打印模型的制备方法,其特征在于,包含如下步骤:
造粒:将上述原料按照所述重量份数混合,并通过双螺杆挤出机进行造粒,挤出温度不超过190℃;
制备3D打印丝,具体包括:
(1)将上述粒料进行干燥,干燥温度60-65℃,干燥时间为6.5-8.5小时:
(2)将干燥好的粒料加入单螺杆挤出机的料筒,挤出成型,出口模后采用风冷,直至定型;挤出条件为:螺杆比1:28,第一区间进料温度160℃,第二区间进料温度185℃,第三区间温度205℃,第四区间温度195℃,螺杆速度30转/min,电机转速800-900转/min,出口模后,在距离模口50cm处,冷风吹,促使丝线高速旋转;第一段冷却完毕,空置50cm长度,再进行微风冷却,然后空置自然风冷却,直至定型;
(3)缠绕成卷:选取匀速拉力牵引,得到直径为1.75mm和直径为3.00mm的均匀3D打印丝;
软化:将3D打印丝制成的模型在水,醋,酒,碱溶液,或食盐水中浸泡软化。
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