CN108015271A - 一种3d打印用高强度高模量复合颗粒材料制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种3D打印用高强度高模量复合颗粒材料制备方法，包括制备合金基体，制备合金带，合金带预处理，预制合金粉，制备有机基体，物料混合及制备颗粒等七个步骤。本发明一方面生产工艺简单易掌握，生产工艺参数规范，工艺调整灵活方便，可有效满足3D打印用颗粒物料生产制备的需要，另一方面生产制备的3D打印用颗粒物料纯度高，结构强度、稳定性好，热加工成型能力好，从而可有效的提高3D打印祖业成型加工工件的产品质量。

Description

一种3D打印用高强度高模量复合颗粒材料制备方法
技术领域
本发明涉及一种3D打印用高强度高模量复合颗粒材料制备方法，属3D打印技术领域。
背景技术
在3D打印作业中，颗粒原料是当前使用量最大的3D打印原料形式，使用量巨大，但在实际使用中发现，当前的3D打印颗粒原料一般均为单一类型的无机非金属材料、金属材料及高分子材料中的单一类型，虽然可以满足打印成型作业的需要，但材料特性均相对单一，从而导致当前的颗粒材料不能有效满足当前工件对复合特性材料的需要，从而导致当前3D打印作业时因受到所使用材料限制而不能有效满足工件加工作业的需要，严重影响了3D打印技术的推广和发展，而针对这一现状，当前主要是通过在高分子材料中添加少量的金属原料、无机非金属原料来实现对3D打印材料的物理及化学特性进行改制，以达到改善材料特性，适应工件加工使用需要的目的，但材料性能调整范围相对较小，且也往往进适用于高分子聚合物材料改性作业的需要，且改性同时，仅仅是无机非金属材料、金属材料及高分子材料之间简单的混合，不能有效构成统一的整体材料，从而也导致材料特性稳定性相对较差，不能有效满足实际使用的需要，因此针对这一现状，迫切开发一种全新的复合颗粒3D打印原料，以满足3D打印作业实际生产的需要。
发明内容
本发明目的就在于克服上述不足，提供一种微孔结构3D打印诱杀虫材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：
一种3D打印用高强度高模量复合颗粒材料制备方法，包括以下步骤：
第一步，制备合金基体，首先根据使用需要，将至少一种金属物料和至少一种无机非金属物料一同添加到熔炼炉内进行加热熔炼，制备得到熔融态的合金液，然后对合金液进行除渣后保温备用；
第二步，制备合金带，将第一步制备的合金液以0.5—10厘米/分钟速度滴落到转速为1000—5000转/分钟的紫铜轮表面上，并通过紫铜轮旋转的离心力对合金液进行带状塑形加工，并将经带状塑形加工的合金液冷却后得到合金带；
第三步，合金带预处理，第二步制备得到的合金带浸入温度25℃—50℃的盐酸溶液中，酸洗1—10分钟，然后由温度为0℃—10℃，压力为1.1—10倍标准大气压的高压低温去离子水对合金带进行清洗，然后由温度为-10℃—10℃，速度为1—10米/分钟的低温空气进行干燥作业；
第四步，预制合金粉，将第三步制备的合金带首先进行裁剪，并裁剪成最大长度不大于3毫米的合金条，然后将合金条添加到球磨机中进行研磨制粉，并得到直径为0.01—0.1毫米的合金粉；
第五步，制备有机基体，将高分子聚合物颗粒通过捏炼设备进行捏炼，并经过捏炼将高分子聚合物颗粒制备成流动性为0.3—1.5米/分钟的熔融态，并保温备用；
第六步，物料混合，将第四步周被的合金粉添加到第五步制备的熔融态有机基体中，并通过捏炼设备将熔融态有机基体和合金粉搅拌均匀，然后通过挤出成型设备将混合物料制备呈直径为0.1—1毫米的丝状物料，并在丝状物料冷却后裁剪呈长度为0.5—2.5毫米的合成物料段，然后将合成物料段在-10℃—15℃恒温环境中通过球墨设备研磨制粉，并得到直径为0.03—0.5毫米的合成物料粉；
第七步，制备颗粒，将第六步得到的合成物料粉添加到液态粘接剂中，并搅拌混合均匀，然后将混合后的物料通过造粒设备进行造粒作业，从而得到成品复合颗粒材料。
进一步的，所述的第一步中，金属物料为金属单质、金属氧化物及合金中的任意一种，且在进行熔炼作业及保温作业时，对合金液采用惰性气体保温。
进一步的，所述的惰性气体保护压力为1.5—5倍标准大气压，且惰性气体为氩气、氦气中的任意一种。
进一步的，所述的第三步中，盐酸溶液浓度为20%—60%。
进一步的，所述的第四步中，研磨作业时的温度为10℃—50℃。
进一步的，所述的第五步中，分子聚合物颗粒为树脂、塑料中的任意一种或几种混合共用；
进一步的，所述的第五步中在对高分子聚合物颗粒进行捏炼作业时，另向高分子聚合物颗粒中添加辅助添加剂，所述的辅助添加剂为固化剂、增韧剂、抗氧化剂、颜料、纤维、交联剂、耦合剂、促进剂及稀释剂中的任意一种或几种。
进一步的，所述的第六步中，合金粉总量为熔融态有机基体总量的30%—60%；第七步中合成物料粉总量为液态粘接剂总量的10%—50%。
本发明一方面生产工艺简单易掌握，生产工艺参数规范，工艺调整灵活方便，可有效满足3D打印用颗粒物料生产制备的需要，另一方面生产制备的3D打印用颗粒物料纯度高，结构强度、稳定性好，热加工成型能力好，从而可有效的提高3D打印祖业成型加工工件的产品质量。
附图说明
图1为本发明制备方法流程示意图；
图2为弹性模量、屈服强度随温度变化曲线图。
具体实施方式
实施例1
如图1—2所示，一种3D打印用高强度高模量复合颗粒材料制备方法，包括以下步骤：
第一步，制备合金基体，首先根据使用需要，将至少一种金属单质、两种金属氧化物和一种无机非金属物料一同添加到熔炼炉内进行加热熔炼，制备得到熔融态的合金液，然后对合金液进行除渣后保温备用，且在进行熔炼作业及保温作业时，对合金液采用氦气保温，且氦气压力为2倍标准大气压；
第二步，制备合金带，将第一步制备的合金液以1厘米/分钟速度滴落到转速为3000转/分钟的紫铜轮表面上，并通过紫铜轮旋转的离心力对合金液进行带状塑形加工，并将经带状塑形加工的合金液冷却后得到合金带；
第三步，合金带预处理，第二步制备得到的合金带浸入温度30℃，浓度为20%的盐酸溶液中，酸洗3分钟，然后由温度为0℃，压力为2.5倍标准大气压的高压低温去离子水对合金带进行清洗，然后由温度为-10℃，速度为3米/分钟的低温空气进行干燥作业；
第四步，预制合金粉，将第三步制备的合金带首先进行裁剪，并裁剪成最大长度为3毫米的合金条，然后将合金条添加到球磨机中进行研磨制粉，并得到直径为0.01毫米的合金粉，且研磨作业时的温度为10℃；
第五步，制备有机基体，将高环氧树脂颗粒通过捏炼设备进行捏炼，并经过捏炼将高分子聚合物颗粒制备成流动性为0.5米/分钟的熔融态，并保温备用；
第六步，物料混合，将第四步周被的合金粉添加到第五步制备的熔融态有机基体中，并通过捏炼设备将熔融态有机基体和合金粉搅拌均匀，然后通过挤出成型设备将混合物料制备呈直径为0.5毫米的丝状物料，并在丝状物料冷却后裁剪呈长度为1.5毫米的合成物料段，然后将合成物料段在-10℃恒温环境中通过球墨设备研磨制粉，并得到直径为0.03毫米的合成物料粉；
第七步，制备颗粒，将第六步得到的合成物料粉添加到液态粘接剂中，并搅拌混合均匀，然后将混合后的物料通过造粒设备进行造粒作业，从而得到成品复合颗粒材料。
其中，第五步中，分子聚合物颗粒为树脂、塑料中的任意一种或几种混合共用，且在对高分子聚合物颗粒进行捏炼作业时，另向高分子聚合物颗粒中添加辅助添加剂，所述的辅助添加剂为固化剂、增韧剂、抗氧化剂、颜料、纤维、交联剂、耦合剂、促进剂及稀释剂中的任意一种或几种。
与此同时，所述第六步中，合金粉总量为熔融态有机基体总量的30%；第七步中合成物料粉总量为液态粘接剂总量的30%。
实施例2
如图1—2所示，一种3D打印用高强度高模量复合颗粒材料制备方法，包括以下步骤：
第一步，制备合金基体，首先根据使用需要，将铜单质、铝镁合金、 稀土和二氧化硅一同添加到熔炼炉内进行加热熔炼，制备得到熔融态的合金液，然后对合金液进行除渣后保温备用，且在进行熔炼作业及保温作业时，对合金液采用氩气保温，且氦气压力为3.5倍标准大气压；
第二步，制备合金带，将第一步制备的合金液以0.5—10厘米/分钟速度滴落到转速为1000—5000转/分钟的紫铜轮表面上，并通过紫铜轮旋转的离心力对合金液进行带状塑形加工，并将经带状塑形加工的合金液冷却后得到合金带；
第三步，合金带预处理，第二步制备得到的合金带浸入温度40℃，浓度为50%的盐酸溶液中，酸洗1分钟，然后由温度为5℃，压力为110倍标准大气压的高压低温去离子水对合金带进行清洗，然后由温度为5℃，速度为10米/分钟的低温空气进行干燥作业；
第四步，预制合金粉，将第三步制备的合金带首先进行裁剪，并裁剪成最大长度为1毫米的合金条，然后将合金条添加到球磨机中进行研磨制粉，并得到直径为0.01毫米的合金粉，研磨作业时的温度为20℃；
第五步，制备有机基体，将ABS树脂、PLA一同通过捏炼设备进行捏炼，并经过捏炼将高分子聚合物颗粒制备成流动性为1.5米/分钟的熔融态，并保温备用；
第六步，物料混合，将第四步周被的合金粉添加到第五步制备的熔融态有机基体中，并通过捏炼设备将熔融态有机基体和合金粉搅拌均匀，然后通过挤出成型设备将混合物料制备呈直径为0.1毫米的丝状物料，并在丝状物料冷却后裁剪呈长度为0.5毫米的合成物料段，然后将合成物料段在10℃恒温环境中通过球墨设备研磨制粉，并得到直径为0.5毫米的合成物料粉；
第七步，制备颗粒，将第六步得到的合成物料粉添加到液态粘接剂中，并搅拌混合均匀，然后将混合后的物料通过造粒设备进行造粒作业，从而得到成品复合颗粒材料。
其中，第五步中在对高分子聚合物颗粒进行捏炼作业时，另向高分子聚合物颗粒中添加辅助添加剂，所述的辅助添加剂为固化剂、增韧剂、抗氧化剂、颜料、纤维、交联剂、耦合剂、促进剂及稀释剂中的任意一种或几种。
此外，所述的第六步中，合金粉总量为熔融态有机基体总量的50%；第七步中合成物料粉总量为液态粘接剂总量的30%。
本发明一方面生产工艺简单易掌握，生产工艺参数规范，工艺调整灵活方便，可有效满足3D打印用颗粒物料生产制备的需要，另一方面生产制备的3D打印用颗粒物料纯度高，结构强度、稳定性好，热加工成型能力好，从而可有效的提高3D打印祖业成型加工工件的产品质量。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业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本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种3D打印用高强度高模量复合颗粒材料制备方法，其特征在于，所述的3D打印用高强度高模量复合颗粒材料制备方法包括以下步骤：
第一步，制备合金基体，首先根据使用需要，将至少一种金属物料和至少一种无机非金属物料一同添加到熔炼炉内进行加热熔炼，制备得到熔融态的合金液，然后对合金液进行除渣后保温备用；
第二步，制备合金带，将第一步制备的合金液以0.5—10厘米/分钟速度滴落到转速为1000—5000转/分钟的紫铜轮表面上，并通过紫铜轮旋转的离心力对合金液进行带状塑形加工，并将经带状塑形加工的合金液冷却后得到合金带；
第三步，合金带预处理，第二步制备得到的合金带浸入温度25℃—50℃的盐酸溶液中，酸洗1—10分钟，然后由温度为0℃—10℃，压力为1.1—10倍标准大气压的高压低温去离子水对合金带进行清洗，然后由温度为-10℃—10℃，速度为1—10米/分钟的低温空气进行干燥作业；
第四步，预制合金粉，将第三步制备的合金带首先进行裁剪，并裁剪成最大长度不大于3毫米的合金条，然后将合金条添加到球磨机中进行研磨制粉，并得到直径为0.01—0.1毫米的合金粉；
第五步，制备有机基体，将高分子聚合物颗粒通过捏炼设备进行捏炼，并经过捏炼将高分子聚合物颗粒制备成流动性为0.3—1.5米/分钟的熔融态，并保温备用；
第六步，物料混合，将第四步周被的合金粉添加到第五步制备的熔融态有机基体中，并通过捏炼设备将熔融态有机基体和合金粉搅拌均匀，然后通过挤出成型设备将混合物料制备呈直径为0.1—1毫米的丝状物料，并在丝状物料冷却后裁剪呈长度为0.5—2.5毫米的合成物料段，然后将合成物料段在-10℃—15℃恒温环境中通过球墨设备研磨制粉，并得到直径为0.03—0.5毫米的合成物料粉；
第七步，制备颗粒，将第六步得到的合成物料粉添加到液态粘接剂中，并搅拌混合均匀，然后将混合后的物料通过造粒设备进行造粒作业，从而得到成品复合颗粒材料。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印用高强度高模量复合颗粒材料制备方法，其特征在于，所述的第一步中，金属物料为金属单质、金属氧化物及合金中的任意一种，且在进行熔炼作业及保温作业时，对合金液采用惰性气体保温。
3.根据权利要求2所述的一种3D打印用高强度高模量复合颗粒材料制备方法，其特征在于，所述的惰性气体保护压力为1.5—5倍标准大气压，且惰性气体为氩气、氦气中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印用高强度高模量复合颗粒材料制备方法，其特征在于，所述的第三步中，盐酸溶液浓度为20%—60%。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印用高强度高模量复合颗粒材料制备方法，其特征在于，所述的第四步中，研磨作业时的温度为10℃—50℃。
6.根据权利要求1所述的一种3D打印用高强度高模量复合颗粒材料制备方法，其特征在于，所述的第五步中，分子聚合物颗粒为树脂、塑料中的任意一种或几种混合共用。
7.根据权利要求1所述的一种3D打印用高强度高模量复合颗粒材料制备方法，其特征在于，所述的第五步中在对高分子聚合物颗粒进行捏炼作业时，另向高分子聚合物颗粒中添加辅助添加剂，所述的辅助添加剂为固化剂、增韧剂、抗氧化剂、颜料、纤维、交联剂、耦合剂、促进剂及稀释剂中的任意一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种3D打印用高强度高模量复合颗粒材料制备方法，其特征在于，所述的第六步中，合金粉总量为熔融态有机基体总量的30%—60%；第七步中合成物料粉总量为液态粘接剂总量的10%—50%。
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