CN106700357A

CN106700357A - 一种水溶性3d打印支撑材料及其制备方法

Info

Publication number: CN106700357A
Application number: CN201510517574.0A
Authority: CN
Inventors: 张银坤; 李文岩; 林航
Original assignee: Heilongjiang Xinda Enterprise Group Co Ltd
Current assignee: Heilongjiang Xinda Enterprise Group Co Ltd
Priority date: 2015-08-22
Filing date: 2015-08-22
Publication date: 2017-05-24

Abstract

本发明公开了一种水溶性3D打印支撑材料及其制备方法。其主体材料为聚乙烯醇（PVA）和聚乳酸（PLA），利用乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）为增塑剂，柠檬酸三乙酯及白油为润滑剂；在保证挤出条件情况下，利用双螺杆挤出机将PVA/PLA及EVA等混合物共混挤出。利用EVA及柠檬酸三乙酯和白油改性后的PVA/PLA复合材料制成的水溶性3D打印支撑材料，其主要成分PVA与PLA都具有对环境友好的特殊优点，容易降解，生物相容性好，EVA的加入改善了材料的韧性，柠檬酸三乙酯及白油的加入改善了材料的表面性能，提高了材料的光泽度及手感。在3D模型打印应用中，PVA在一定条件下可完全溶解于水的特点，该支撑材料可很容易地从成型零件上剥离，并且成型零件的外形也不会因支撑材料的剥离而损伤，从而达到美化表面效果，提高产品价值的作用。

Description

一种水溶性 3D 打印支撑材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种生物材料改性的高分子复合材料，主要应用在3D打印领域，特别是涉及一种水溶性3D打印支撑材料及其制备方法。

背景技术

3D打印是一种快速成型技术，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或者塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方法来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

3D打印中的熔融层积成型技术(FDM)是利用工程塑料丝(如ABS、PLA等)在熔点附近可熔化堆积的特性，打印出三维制品。当制品中出现内陷、中空结构时，选择支撑材料进行打印成型，再浸渍于特定的溶液或气氛中，使支撑材料充分溶解，获得特殊结构的制品。支撑材料在异形件的打印中起到重要的作用，关系到3D打印的应用推广。3D打印技术的发展对3D打印材料提出了新的要求，以熔融挤出成型技术为例，需要综合考虑塑料熔丝尺寸和成型性能对喷头温度进行设计，若要打印大型中空制件，则必须考虑如何将中心的填充材料与表层材料分离，还必须考虑两者在分离前具有良好的粘结性，避免表层材料塌陷。

PLA是有植物提炼出来的乳酸聚合而成，本身对环境友好，是极佳的环保材料，在自然环境下可完全生物降解，不会造成任何污染；PVA具有极好的透明度和光泽性、较大的拉伸强度和撕裂强度、良好的奶油性能、极好的气体阻隔性、热合性与粘接好，且透湿性大，在一定条件下具有水溶性和生物降解性；EVA作为增塑剂可改善PVA/PLA复合材料的韧性，使线材更易收卷，利于使用，作为润滑剂的柠檬酸三乙酯和白油等可改善线材的表面效果，使线材表面光滑。

本发明所要解决的技术问题在于虽然PVA具有可溶于水、可降解等优点，但是PVA/PLA复合材料质地偏脆，表面效果较差，不利于销售使用。利用EVA的增塑特性及柠檬酸三乙酯、白油等的润滑性增加线材的韧性及光滑性，改善线材特性，提高支撑材料的使用性能。

发明内容

本发明的研究目的在于解决水溶性支撑材料的研发问题，利用PLA材料的生物相容性及生物可降解性，结合PVA可溶于水的优点，同时利用EVA材料的增塑效果及柠檬酸三乙酯的润滑性改善线材韧性及表面光滑性，利用双螺杆高温挤出机熔融共混工艺，采用3D打印生产线，制备一种水溶性3D打印支撑材料。

为了实现上述发明的目的，解决以PVA/PLA为基体树脂的水溶性3D打印支撑材料研发与实际应用中存在的问题，本发明提供以下技术方案：

(1)将PVA原料分别置于80~90℃恒温干燥箱内干燥1~2小时。

(2)按照以下组分配比配置实验材料：PVA 60%~70%，PLA 20%~30%，EVA 2%~4%，润滑剂0.5%~1%。

（3）将上述实验原料置于高速混合机中充分混合1~2分钟，得到混合均匀的实验料。

（4）将上述混合均匀的实验料通过双螺杆高温挤出机进行挤出拉丝、收卷，得到水溶性3D打印支撑材料。

（5）本发明的优点在于：本发明所述方法制备的水溶性3D打印支撑材料，主体使用材料为PVA与PLA，其中PVA在一定条件下可完全溶解于水，PLA在生物材料领域应用广泛，且具有生物可降解性，在自然环境下可完全降解，不污染环境。利用EVA增塑、柠檬酸三乙酯和白油润滑后的PVA/PLA水溶性支撑材料打印镂空或者中空制品时，该支撑材料可很容易地从成型零件上剥离，并且成型零件的外形也不会因支撑材料的剥离而损伤，从而达到美化表面效果，提高产品价值的作用。

具体实施方式

本发明所阐述的是一种水溶性3D打印支撑材料及其制备方法，以下通过具体实施例进一步进行说明，但本发明不仅限于以下实施例。

实施例一

（1）将PVA-LD原料置于80℃恒温干燥箱内干燥1小时。

(2)按照以下组分配比配置实验材料：PVA77%，PLA 2003D 20%，增塑剂EVA3%，柠檬酸三乙酯0.5%。

（3）将上述实验原料置于高速混合机中充分混合2分钟，得到混合均匀的实验料,其中高混机的温度设置为40℃，转速为2300r/min

（4）将上述混合均匀的实验料通过双螺杆高温挤出机挤出拉丝，控制丝材直径1.75mm,收卷，得到水溶性3D打印支撑材料，其中挤出机的9段温度依次为175℃、175℃、175℃、180℃、180℃、、180℃、185℃、185℃、190℃，机头温度为190℃。螺杆转速为103r/min,喂料速度为4.6r/min

（5）利用（4）所制得的水溶性3D打印支撑材料进行镂空制件打印，打印过程流畅，打印制件表面光滑，支撑结构牢固，粘结力好，利用常温水将支撑材料溶解后所得表面无损伤，尺寸稳定无变形，可完全达到3D打印支撑材料要求。

实施例二

(1)将PVA CP-1220T10置于90℃恒温干燥箱内干燥1.5小时

(2)按照以下组分配比配置实验材料：PVA71%，PLA 4032D 25%，EVA 2%，柠檬酸三乙酯1%、白油1%。

（3）将上述实验原料置于高速混合机中充分混合3分钟，得到混合均匀的实验料,其中高混机的设置温度为40℃，转速为2500r/min

（4）将上述混合均匀的实验料通过双螺杆高温挤出机挤出拉丝，控制丝材直径1.75mm,收卷，得到水溶性3D打印支撑材料，其中挤出机的9段温度依次为175℃、175℃、180℃、180℃、180℃、180℃、185℃、185℃、185℃，机头温度为195℃。螺杆转速为110r/min,喂料速度为5.2r/min。

Claims

1. 一种水溶性3D打印支撑材料及其制备方法，其特征为该支撑耗材组成为PVA、PLA、EVA、润滑剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述支撑材料的制备采用的工艺为双螺杆高温挤出机熔融挤出。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所用PVA为PVA-LD、CP-1220T10、2488 （300目）中的一种或几种，其配比为60%~70%。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所用PLA牌号为4032D、2003D、4043D中的一种或几种，其配比为30%~40%。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所用EVA为杜邦460、265、260、150W中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所用润滑剂为白油、硅油中的一种或几种。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种水溶性3D打印支撑材料及其制备方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：

(1)将PVA原料分别置于80~90℃恒温干燥箱内干燥1~2小时；

(2)按照以下组分配比配置实验材料：PVA 60%~70%，PLA 20%~30%，EVA 2%~4%，润滑剂0.5%~1%；

（3）将上述实验原料置于高速混合机中充分混合1~2分钟，得到混合均匀的实验料；

8.根据权利要求7所述的制备方法，所述高混机的设置温度为30℃~45℃，转速为1000-2000r/min。

9.根据权利要求7所述的制备方法，所述挤出机机身9段温区温度依次为170-175℃、170-175℃、175-180℃、175-180℃、180-185℃、180-185℃、180-185℃、180-185℃、185-190℃，机头温度为190~195℃，螺杆转速为110~130r/min,喂料速度为5.0~7.5r/min。