CN108561504A - 一种3d打印成型的同步带材料及其制备方法 - Google Patents

一种3d打印成型的同步带材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种3D打印同步带及其制备方法，包括弹性体层和骨架层，弹性体层料和骨架层通过3D打印方式在同步带周向上逐层打印，交替叠加。本发明还涉及上述同步带的制备方法，采用线材挤出机制备适合3D打印的弹性体线材，按照弹性体材料和骨架材料交替叠加的新型同步带结构，采用3D打印技术将同步带逐层打印出来。

Description

一种3D打印成型的同步带材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及同步带的结构设计以及智能制造，特别是涉及一种适用于3D打印制造同步带的结构设计及其制造方法。
背景技术
同步带作为带传动领域的重要产品之一，同步带传动具有带传动、链传动、齿轮传动的特点，具有传动精度高，传动噪声小，使用寿命长的优点。随着设计和生产水平的提高，逐步替代V带传动、链传动以及齿轮传动，广泛应用于电器、汽车、机器人等各个领域。随着工业科技水平的不断发展，3D打印作为智能制造和“第三次工业革命”的核心，以其先进的制造理念和突出的优点迅速涉及到各个工业领域。然而由于传统的同步带的制造方法复杂，限制了同步带的智能制造与产业升级，因此需要对同步带的结构和使用的材料进行重新设计才能满足同步带的3D打印制造技术的要求。将3D打印技术应用到同步带等橡胶制品行业中，制备出性能优异的3D打印橡胶制品，为3D打印技术在橡胶制品行业中的应用与推广提供理论依据，加速橡胶制品行业的智能制造和产业升级。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种3D打印同步带的结构、材料及其制备方法，以解决上述问题。
本发明通过如下的技术方案来实现，
一种3D打印成型的同步带，包括弹性体层和骨架层，弹性体层料和骨架层通过3D打印方式在同步带周向上逐层打印，交替叠加。
优选的：弹性体层和骨架层形状和厚度相同，弹性体层和骨架层厚度为2-5mm。
优选的：弹性体层材料主料为热塑性聚氨酯，骨架层材料主料为尼龙和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。
本发明还提供一种应用于上述同步带的3D打印材料，弹性体层材料按重量计包括热塑性聚氨酯(TPU)70-90份，白炭黑10-20份，润滑剂1-4份，防老剂1-2份；骨架层材料按重量计包括尼龙70-90份，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物10-30份，相容剂3-10份，抗氧剂0.5-2份，防翘曲剂2-5份。
本发明还提供一种制备上述同步带的方法，
(1)由包含热塑性聚氨酯、白炭黑、防老剂、润滑剂的原料通过挤出机造粒，然后通过线材挤出机制备弹性体线材；
(2)由包含尼龙、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、抗氧剂、防翘曲剂和相容剂的原料通过挤出机造粒，然后通过线材挤出机制备骨架线材；
(3)将两种线材通过3D打印机一次叠加打印，制成3D打印同步带。
优选的：所述热塑性聚氨酯硬度为90-105HA，硬度≥90HA，拉伸强度为28MPa，扯断伸长率为500％；白炭黑粒径为2400-3000目，防老剂为MB，润滑剂为聚丙烯蜡或超高分子量聚硅氧烷。
优选的：超高分子量聚硅氧烷分子量为150-170万。
优选的：所述尼龙为尼龙6、尼龙66一种或两种复合，洛氏硬度为108-112HR，相容剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物，抗氧剂为N,N’-1,6-亚己基-二-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酰胺)，防翘曲剂为AS550。
优选的：步骤1)中在140-180℃下，转速为3-15r/min条件下，通过挤出机制备成线材；步骤2)中在180-240℃下，转速为6-18r/min条件下，通过挤出机制备成线材。优选的，所述弹性体线材的直径为1.7-1.8mm；优选的，所述骨架材料线材的直径为1.7-1.8mm。
优选的：步骤3)中采用FDM型3D双喷头打印机进行逐层打印，每层高度为2-5mm。
本发明提供的3D打印同步带材料及其制备方法，具有如下的优点：弹性体层采用热塑性聚氨酯与白炭黑的复合材料，具有弹性、高强度和耐磨性，为同步带提供韧性和耐磨性；骨架层采用尼龙和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共混物，具有高的强度，刚度和耐磨性，为同步带提供强度和耐磨性。同步带采用逐层叠加的结构，通过3D打印技术制造同步带，为同步带的智能制造和产业升级奠定基础。
附图说明
图1所示为本发明提供的3D打印同步带结构
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。然而，对于本领域的专业技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
一种3D打印同步带，包括弹性体层和骨架层；所述的弹性体层是由热塑性聚氨酯和白炭黑通过挤出机造粒，然后通过线材挤出机制备成线材；所述的骨架层是由尼龙和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯通过挤出机共混造粒，然后通过线材挤出机制备成线材；所述的热塑性聚氨酯线材和尼龙线材的直径为1.7-1.8mm；所述的弹性体层和骨架层的厚度为2-3mm。
制备弹性体线材采用两种方式之一：一种是将1KG硬度为85HA的热塑性聚氨酯，200g目数为2500目的白炭黑和20g聚丙烯蜡通过双螺杆挤出机共混造粒，挤出机的温度为140-180℃，转速为15r/min。然后通过线材挤出机制备成线材，挤出温度为140-180℃，转速为3-9r/min，冷却水槽第一段温度为40-60℃，第二段为10-20℃。
另一种是是将1KG硬度为90HA的热塑性聚氨酯，150g目数为2500目的白炭黑和15g聚丙烯蜡通过双螺杆挤出机共混造粒，挤出机的温度为140-180℃，转速为15r/min。然后通过线材挤出机制备成直径为1.7-1.8mm线材，挤出温度为140-180℃，转速为3-9r/min，冷却水槽第一段温度为40-60℃，第二段为10-20℃。
制备骨架材料线材采用两种方式之一：一种是将1KG洛氏硬度为108HR的尼龙6，250g丙烯腈-丁二烯-苯乙烯和10g抗氧剂BHT通过双螺杆挤出机共混造粒，挤出机的温度为180--240℃，转速为18r/min。然后通过线材挤出机制备成线材，挤出温度为180-210℃，转速为3-8r/min，冷却水槽温度为10-20℃。
另一种是将1KG洛氏硬度为112HR的尼龙66，200g丙烯腈-丁二烯-苯乙烯和10g抗氧剂1010通过双螺杆挤出机共混造粒，挤出机的温度为180--240℃，转速为18r/min。然后通过线材挤出机制备成线材，挤出温度为180-210℃，转速为3-8r/min，冷却水槽温度为10-20℃。
制备3D打印同步带采用FDM型3D打印机先将热塑性聚氨酯线材在180-210℃，打印速度30m/min，打印精度为0.2mm条件下，打印高度为2mm，然后将尼龙线材在210-240℃，打印速度60m/min，打印精度为0.3mm条件下，在热塑性聚氨酯的表面上打印2mm，然后交替打印5次，制得3D打印同步带。
以上的实施例仅为本发明的优选实施方案，需要指出，对于本领域普通技术人来说，在不脱离本发明的前提下进行的部分改进，仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种3D打印成型的同步带，其特征在于：包括弹性体层和骨架层，弹性体层料和骨架层通过3D打印方式在同步带周向上逐层打印，交替叠加。
2.如权利要求1所述的一种3D打印成型的同步带，其特征在于：弹性体层和骨架层形状和厚度相同，弹性体层和骨架层厚度为2-5mm。
3.如权利要求1所述的一种3D打印成型的同步带，其特征在于：弹性体层材料主料为热塑性聚氨酯，骨架层材料主料为尼龙和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。
4.一种应用于如权利要求1-3任一所述同步带的3D打印材料，其特征在于：弹性体层材料按重量计包括热塑性聚氨酯(TPU)70-90份，白炭黑10-20份，润滑剂1-4份，防老剂1-2份；骨架层材料按重量计包括尼龙70-90份，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物10-30份，相容剂3-10份，抗氧剂0.5-2份，防翘曲剂2-5份。
5.一种制备如权利要求1-3任一所述同步带的方法，其特征在于：
(1)由包含热塑性聚氨酯、白炭黑、防老剂、润滑剂的原料通过挤出机造粒，然后通过线材挤出机制备弹性体线材；
(2)由包含尼龙、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、抗氧剂、防翘曲剂和相容剂的原料通过挤出机造粒，然后通过线材挤出机制备骨架线材；
(3)将两种线材通过3D打印机一次叠加打印，制成3D打印同步带。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述热塑性聚氨酯硬度为90-105HA，白炭黑粒径为2400-3000目，防老剂为MB，1010，4010等一种或两种，润滑剂为聚丙烯蜡或超高分子量聚硅氧烷。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：超高分子量聚硅氧烷分子量为150-170万。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述尼龙为尼龙6、尼龙66一种或两种复合，相容剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物，抗氧剂为N,N’-1,6-亚己基-二-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酰胺)，防翘曲剂为AS550。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤1)中在140-180℃下，转速为3-15r/min条件下，通过挤出机制备成线材；步骤2)中在180-240℃下，转速为6-18r/min条件下，通过挤出机制备成线材。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤3)中采用FDM型3D双喷头打印机进行逐层打印，每层高度为2-5mm。
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