CN108440918A - 立体打印设备的软性打印材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种立体打印设备的软性打印材料。立体打印设备的软性打印材料，包括芯体以及包覆芯体的壳体，其中芯体的肖氏硬度小于等于A90且大于等于A45、壳体的肖氏硬度小于等于D85且大于等于D40、壳体的肖氏硬度高于芯体的肖氏硬度，且壳体所占的体积百分率为10％～30％，芯体所占的体积百分率为70％～90％。由于本发明的软性打印材料具有特殊构造，因此，在使用低硬度材料作为芯体的同时，避免了打印材料通过狭窄的进料孔以及导料管时发生的进料异常。

Description

立体打印设备的软性打印材料
技术领域
本发明涉及一种软性打印材料，特别是一种用于立体打印设备的软性打印材料。
背景技术
立体打印技术近年来蓬勃发展，广受各国重视，甚至常被视为第三次的工业革命，随着立体打印技术的应用范围逐年增广，因应市场的需求，为了要以立体打印技术制造出各种材质的物品，越来越多种类的打印材料被使用在立体打印技术中，例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚塑料(ABS)、聚乳酸(PLA)、尼龙(Nylon)、聚对苯二酸乙二酯(PET)、其他弹性材料…等各式材料，正蓬勃发展导入立体打印技术的耗材市场。
目前立体打印设备中，一般是由设置在立体打印设备外部的进料装置或者设置在立体打印设备内部的进料装置，将打印线材通过狭窄的进料孔进入导料管并传输到涂料系统，来软化打印线材并进行立体打印。然而，无论是用外部进料设备或者内部进料设备，打印线材与进料孔之间都会有间隙，而在进料一段时间发现打印线材无法进料，卡在狭窄的进料孔。
为了避免上述进料异常的问题发生，目前立体打印技术使用的打印材料被限制在使用硬度较大的材料(刚性材料)，因此在打印线材的材料选择上，难以往硬度较小的材料发展。
发明内容
本发明有鉴于上述现有立体打印技术的问题点，提出了一种以高硬度壳体包覆低硬度芯体的软性打印材料，由于本发明提出的软性打印材料具有特殊构造，因此，在使用低硬度打印材料的同时，避免了打印材料通过狭窄的进料孔以及导料管时发生的进料异常。
根据本发明的实施例，立体打印设备的软性打印材料，包括：芯体以及包覆所述芯体的壳体，所述芯体的肖氏硬度小于等于A90且大于等于A45、所述壳体的肖氏硬度小于等于D85且大于等于D40，所述壳体的肖氏硬度高于所述芯体的肖氏硬度，且所述壳体所占的体积百分率为10％～30％，所述芯体所占的体积百分率为70％～90％。
在根据本发明的实施例的软性打印材料中，所述芯体的为肖氏硬度小于等于A85且大于等于A60。
在根据本发明的实施例的软性打印材料中，所述壳体的肖氏硬度小于等于D85且大于等于D40。
在根据本发明的实施例的软性打印材料中，所述壳体的肖氏硬度小于等于D80且大于等于D65。
在根据本发明的实施例的软性打印材料中，所述芯体包括聚醚酯弹性体系、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚烯系弹性体系、聚氨酯或上述组合的热塑性弹性体。
在根据本发明的实施例的软性打印材料中，所述壳体包括聚醚酯弹性体系、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚烯系弹性体系、聚氨酯或上述组合的热塑性弹性体。
在根据本发明的实施例的软性打印材料中其特征在于，所述打印材料的线径为1.7mm～3.1mm。
基于上述，本发明的软性打印材料利用高肖氏硬度的壳体包覆低肖氏硬度的芯体，因此，本发明的软性打印材料在由立体打印设备的进料装置传输到涂料系统时，位于外部的高肖氏硬度的壳体避免了内部低肖氏硬度的芯体发生变形挠曲导致进料异常，使包含低肖氏硬度的芯体的软性打印材料能顺利传输，解决了目前立体打印技术不能使用低硬度打印材料的缺点。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的一实施例的一种软性打印材料的剖面图；
图2为本发明的一实施例的一种软性打印材料的立体图。
附图标号说明:
100：软性打印材料；
110：芯体；
120：壳体。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的各实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如:“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明。并且，在下列各实施例中，相同或相似的元件将采用相同或相似的标号。
图1以及图2分别为本发明的一实施例的一种打印材料的剖面图以及立体图。
请同时参考图1以及图2，本实施例的软性打印材料100包括了芯体110以及壳体120。芯体110以及壳体120可通过如共挤压的方式形成，其中壳体120包覆芯体110的外部，构成了一种芯壳结构。本实施例的壳体120在整体打印材料中的体积小于芯体110在整体打印材料中的体积。具体来说，壳体120所占的体积百分率为10％～30％，芯体110所占的体积百分率为70％～90％，例如可以依需求将壳体120与芯体110的体积比调整为10：90、15：85、20：80、25：75或30：70。
在本实施例中，壳体120的肖氏硬度高于芯体110的肖氏硬度，其中壳体120的肖氏硬度小于等于肖氏硬度D85且大于等于肖氏硬度D40、芯体110的肖氏硬度小于等于肖氏硬度A90且大于等于肖氏硬度A45。本说明书中所提到的用语“小于等于”是表示小于或者等于某个硬度值；用语“大于等于”是表示大于或者等于某个硬度值。在其他实施例中，依实际的打印需求，可以将壳体120的肖氏硬度调整为肖氏硬度D45、肖氏硬度D50、肖氏硬度D55、肖氏硬度D60或肖氏硬度D65、肖氏硬度D75、肖氏硬度D80，其中壳体120的肖氏硬度小于等于D80且大于等于D65能获得较佳的打印成果。
在其他实施例中，依实际的打印需求，可以将芯体110的肖氏硬度调整为肖氏硬度A45、肖氏硬度A50、肖氏硬度A55、肖氏硬度A60、肖氏硬度A65、肖氏硬度A70、肖氏硬度A75、肖氏硬度A80或肖氏硬度A85。当芯体110的肖氏硬度调整为小于等于A80且大于等于A60时，能获得较佳的打印成果。
前述的肖氏硬度A90大致等同于肖氏硬度D40，换句话说，壳体120的肖氏硬度大于等于肖氏硬度D40，芯体110的肖氏硬度小于等于肖氏硬度A90，即表示壳体120的肖氏硬度大于等于芯体110的肖氏硬度。
实际上，壳体120与芯体110的肖氏硬度可依据壳体120与芯体110的体积比进行调整，例如壳体120所占总体积越小，壳体120就需要相对越硬的材料，芯体110所占总体积越小，芯体110就可以使用相对越软的材料。
举例来说，下表1为本发明实验例1、比较例1与比较例2中壳体120、芯体110占据的体积百分率(％)、硬度与打印结果之间的关系：
表1
从表1可以看出，在比较例1、2中，当壳体120硬度为肖氏硬度D85且芯体110硬度为肖氏硬度A40时，即使将壳体占据体积百分率由10％提升至20％，仍然会打印失败。而在实验例1中，当壳体120硬度为肖氏硬度D85且壳体120占据的体积百分率为20％时，芯体110硬度为肖氏硬度A50就可以成功的打印。
至于壳体120与芯体110的材料选择，可采用热塑性弹性体。“热塑性弹性体”是指在常温下具有硫化橡胶的性质(即弹性体的性质)，在高温下又可以塑化变形的高分子材料。所以热塑性弹性体具有玻璃化温度低于室温，扯断伸长率>50％，外力撤出后复原性较良好等特性。
热塑性弹性体的种类很多，分类的方法通常是以影响最大的主链分子构造的差异来分几大类，所以大致上可分为热塑性聚氨酯系、聚烯系弹性体系、动态加硫聚烯弹性体、聚苯乙烯系弹性体系、聚醚酯弹性体系、聚酰胺系弹性体系。这些热塑性弹性体的表面硬度也因为种类的不同，涵盖的范围非常广泛，可以从肖氏硬度A45～肖氏硬度D80等，所以应用的范围也非常的广泛。其中肖氏硬度A 80～A95的硬度范围，与肖氏硬度D30～D50是重叠区域，即表面硬度相同，硬度单位表示方式不同。
由于热塑性弹性体的柔韧的特性，因此，若做成打印材料，在立体打印时会因为其柔韧的特性，容易变形挠曲而导致无法进料的问题，使得打印物件出现异常或是无法顺利打印完成，因此，先前只能使用肖氏硬度A90(相当于肖氏硬度D40)以上的打印材料，才可以提供足够的挺性与表面硬度，使打印不至于出现问题。
本发明提出的软性打印材料利用高肖氏硬度的壳体120包覆低肖氏硬度的芯体110，可以改善热塑性弹性体在打印时挠曲所造成的进料异常问题，并可以使用低硬度的热塑性弹性体作为芯体110，例如硬度在肖氏硬度A45～A80等更柔软的热塑性弹性体。在本实施例中，芯体110的材料例如选自聚醚酯弹性体系(TPEE)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、聚烯系弹性体系(TPO)、聚氨酯(PU)或上述组合的热塑性弹性体。壳体120的材料例如选自聚醚酯弹性体系(TPEE)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、聚烯系弹性体系(TPO)、聚氨酯(PU)或上述组合的热塑性弹性体。前述的材料都属于热塑性弹性体材料。
热塑性弹性体会因为分子量、聚合度等等特性而有不同的肖氏硬度，在选择本发明壳体120与芯体110的材料时。只要是满足壳体120的肖氏硬度高于芯体110的肖氏硬度，都属于本发明的概念与范围，不一定限制壳体120与芯体110是同一系或不同系的热塑性弹性体。在本实施例中，壳体120的材料与芯体110的材料较佳为不同表面硬度的同系热塑性弹性体。
在一些实施例中，可以添加或更换不同功能的芯体110，例如是颜色、导电、导磁等功能特性，使软性打印材料100能有不同的功能特性。在本发明一些实施例中，可通过于芯体110中掺杂不同的功能性粒子以获得不同功能特性的软性打印材料100，其中功能性粒子可以是具有颜色、导电、导磁等特性的粒子。
软性打印材料100为具有线径D的条状材料，其中线径D例如为1.7mm～3.1mm，然而本发明不以此为限，实际上软性打印材料100的线径D可依打印设备的需求而进行调整，例如是调整为1.71mm～1.79mm或2.96mm～3.04mm。
在图1与图2中，芯体110与壳体120的剖面是以同心圆的方式显示，然而在图1与图2仅为示意图，本发明的芯体110与壳体120不以同心圆为限，芯体110剖面的圆心，也有可能偏离壳体120剖面的圆心。另外，在其他实施例中，芯体110和/或壳体120的剖面，也可以是椭圆形、三角形、四角形或其他几何形状，芯体110和壳体120的剖面可以具有同样或不一样的几何形状。
基于上述，本发明的软性打印材料利用高肖氏硬度的壳体包覆低肖氏硬度的芯体，因此，本发明的软性打印材料在由立体打印设备的进料装置传输到涂料系统时，位于外部的高肖氏硬度的壳体避免了内部低肖氏硬度的芯体发生变形挠曲导致进料异常，使包含低肖氏硬度的芯体的软性打印材料能顺利传输，解决了目前立体打印技术不能使用低硬度打硬材料的缺点。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求的范围。

Claims (6)

1.一种立体打印设备的软性打印材料，其特征在于，包括：
芯体，所述芯体的肖氏硬度小于等于A90且大于等于A45；以及
包覆所述芯体的壳体，所述壳体的肖氏硬度小于等于D85且大于等于D40，所述壳体的肖氏硬度高于所述芯体的肖氏硬度，且所述壳体所占的体积百分率为10％～30％，所述芯体所占的体积百分率为70％～90％。
2.根据权利要求1所述的软性打印材料，其特征在于，所述芯体的肖氏硬度小于等于A85且大于等于A60。
3.根据权利要求1所述的软性打印材料，其特征在于，所述壳体的肖氏硬度小于等于D80且大于等于D65。
4.根据权利要求1所述的软性打印材料，其特征在于，所述芯体包括聚醚酯弹性体系、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚烯系弹性体系、聚氨酯或上述组合的热塑性弹性体。
5.根据权利要求1所述的软性打印材料，其特征在于，所述壳体包括聚醚酯弹性体系、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚烯系弹性体系、聚氨酯或上述组合的热塑性弹性体。
6.根据权利要求1所述的软性打印材料，其特征在于，所述打印材料的线径为1.7mm～3.1mm。
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