CN109203449B - 一种低孔隙率3d打印制品的制备方法 - Google Patents

一种低孔隙率3d打印制品的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，将从3D打印机A喷嘴a挤出的具有皮芯结构的复合材料沉积在底板上制得低孔隙率3D打印制品；3D打印过程中具有皮芯结构的复合材料的芯层先于皮层发生凝固，低孔隙率3D打印制品的孔隙率为1‑10％，其中，具有皮芯结构的复合材料中皮层的含量为10‑50wt％，皮层的熔点为50‑120℃，芯层的熔点为100‑400℃，皮层比芯层熔点低15‑330℃，3D打印过程中喷嘴a温度比芯层熔点高10‑50℃，底板温度比皮层熔点高10‑30℃。本发明方法通过使产品的皮层先熔融后渗透到产品的孔隙中，减小了3D打印产品的孔隙率，降低了产品的粗糙度，提高了产品的拉伸强度。

Description

一种低孔隙率3D打印制品的制备方法
技术领域
本发明属于双组份3D打印复合材料制备领域，涉及一种低孔隙率3D打印制品的制备方法。
背景技术
3D打印又称为增材制造，是一种通过增加材料形成三维实体的快速制造技术。与传统的减材技术相比，3D打印可以制造任意形状的几何实体。同时，3D打印方法还具有材料损耗小、制造周期缩短和制备成本低等优点，尤其是在制造形状复杂的产品时，3D打印具有巨大的优越性。
常见的3D打印材料主要为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸、聚酰胺和聚碳酸酯等。但是通过这些单一组份材料打印的产品往往性能比较单一，不能满足多样化的使用需求，同时，通过这些单一组份材料打印的产品通常具有较大的孔隙率，产品中具有较多的孔洞，从而导致其强度低，进一步限制了其应用范围。
目前常见的降低3D打印材料的孔隙率的方法为通过在3D打印材料中添加热膨胀微球来降低打印产品孔隙率。此方法通过将热膨胀微球在聚合物基体中受热膨胀，从而达到填补孔隙的效果且可以在一定程度上增加制品的强度。但是此方法中热膨胀微球难以均匀分散在聚合物基体中，容易团聚在一起。若分散不均，会导致制品中形成瑕疵点，降低制品的力学性能。同时也不能达到降低孔隙率的效果。此外，热膨胀微球制作工艺相对较复杂，制作成本高。
因此，研究一种制备方便、成本低且能够均匀地降低3D打印制品的孔隙率的方法具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术存在的工艺复杂、成本高且不能均匀地减少制品的孔隙的问题，提供一种制备方便、成本低且能够均匀地减少制品孔隙的3D打印制品的制备方法。本发明的一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，采用的皮层材料的熔点低于芯层材料的熔点，打印产品的过程中，产品皮层先熔融后渗透到产品的孔隙中，从而减小了3D打印产品的孔隙率，降低了产品的粗糙度，提高了产品的拉伸强度。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，将从3D打印机A喷嘴a挤出的具有皮芯结构的复合材料沉积在底板上制得低孔隙率3D打印制品；3D打印过程中具有皮芯结构的复合材料的芯层先于皮层发生凝固，低孔隙率3D打印制品的孔隙率为1-10％，目前用普通材料如PLA打印的产品孔隙率一般在20％左右。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，在3D打印各项参数相同的条件下，所述低孔隙率3D打印制品相对于仅由所述皮层或所述芯层材料经3D打印制得的产品拉伸强度提高1-40％，表面粗糙度降低1-60％。
如上所述的一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，所述具有皮芯结构的复合材料中皮层的含量为10-50wt％，皮层的熔点为50-120℃，芯层的熔点为100-400℃，皮层比芯层熔点低15-330℃；这样使皮层处于熔融状态时，芯层还保持为固态，从而使得芯层起到支撑打印产品和防止产品坍塌的作用。若皮层和芯层熔点相差太小，会使得当皮层熔融时，芯层也处于熔融状态，会造成产品无法固化成型；若皮层和芯层熔点相差太大，当芯层熔融时，皮层已经分解；所述3D打印过程中喷嘴a温度比芯层熔点高10-50℃，可以保证材料在从喷嘴挤出的过程中完全熔融，若喷嘴温度等于或接近芯层的熔点，可能会使得芯层材料不能充分熔融，使得打印的产品中存在较大的内应力，造成产品翘曲变形，而喷嘴温度过高，会使芯层材料分解；底板温度比皮层熔点高10-30℃，可以使沉积在底板上的皮层材料熔融，从而使皮层材料渗透到打印的产品中，起到填补孔隙以及胶黏剂的作用，若底板温度过低，会导致皮层无法熔融，温度过高会使芯层材料熔融，导致产品无法冷却固化。
如上所述的一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，所述皮层的材料即皮层聚合物为聚己内酯、聚乙二醇、聚己二酸已二醇酯、聚丁二酸乙二醇酯、脂肪族聚碳酸酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物和低熔点尼龙中的一种以上，所述低熔点尼龙的熔点为100-120℃。本发明的皮层聚合物的种类包括但不限于此，熔点在50-120℃且比芯层聚合物熔点低15-330℃的可进行3D打印的其他材料同样适用于本发明。
如上所述的一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，所述芯层的材料即芯层聚合物为聚乳酸、ABS、聚酰胺、聚碳酸酯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、弹性聚氨酯、聚醚酰亚胺和聚醚醚酮中的一种以上。本发明的芯层聚合物的种类包括但不限于此，熔点在100-400℃且比皮层聚合物熔点高15-330℃的可进行3D打印的其他材料同样适用于本发明。
如上所述的一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，所述具有皮芯结构的复合材料是通过皮芯复合纺丝法制得的。
如上所述的一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，所述具有皮芯结构的复合材料是采用3D打印法制得的，具体为：分别将皮层聚合物和芯层聚合物经不同流道输送至3D打印机B的同一喷嘴b的外层和中层后挤出制得皮芯结构双组份复合材料；
所述3D打印机A和3D打印机B为同一台打印机，所述喷嘴a和喷嘴b为同一个喷嘴，或者所述3D打印机A和3D打印机B为不同台打印机，所述喷嘴a和喷嘴b为不同个喷嘴，即本发明中具有皮芯结构的复合材料可以从喷嘴挤出后直接沉积在底板上，也可以冷却后以粉体、颗粒、线条或块状的形态加入到另一3D打印机中进行3D打印制得低孔隙率3D打印制品。
如上所述的一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，所述3D打印机B主要由料仓I、料仓II、螺杆挤出机I、螺杆挤出机II、计量泵I、计量泵II、分配板、喷嘴b和多根熔体管道组成，料仓I和料仓II分别与螺杆挤出机I和螺杆挤出机II连接，螺杆挤出机I和螺杆挤出机II分别通过熔体管道与计量泵I和计量泵II连接，计量泵I和计量泵II与同一分配板连接，分配板与喷嘴b连接。
如上所述的一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，皮层聚合物和芯层聚合物分别由料仓I和料仓II进入螺杆挤出机I和螺杆挤出机II中进行熔融，后由熔体管道输送至计量泵I和计量泵II中，再由计量泵计量到同一分配板中后由分配板分配至喷嘴b中。
如上所述的一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，所述螺杆挤出机I内部的温度比皮层聚合物的熔点高10-50℃，压力为5.0-50MPa；所述螺杆挤出机II内部的温度比芯层聚合物高10-80℃，压力为15.0-50MPa；螺杆挤出机I和螺杆挤出机II的温度和压力进行上述设置可使通过其的皮层和芯层材料能够完全熔融且保证纤维能够顺利挤出；所述芯层聚合物在进入螺杆挤出机前在温度比芯层聚合物熔点低5-10％、真空度为80-100％的真空干燥箱中干燥6-12个小时。
发明机理：
本发明的3D打印皮芯结构复合材料从喷嘴挤出沉积到打印机底板上，由于喷嘴挤出材料的余温和底板温度高于皮层材料，会使皮层材料处于熔融状态，熔融的皮层材料渗透打印产品的栅格之间，冷却固化后可以填补产品之中的孔隙。产品之中的孔隙被填满后可以降低产品的表面粗糙度，填补产品中的瑕疵还可以增加产品的拉伸强度。同时，皮芯材料填补在孔隙中也可以起到胶黏剂的作用，将打印产品中的纤维胶黏在一起，因此可以进一步增大拉伸强度。
有益效果：
(1)本发明的一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，采用低熔点皮层聚合物和适合3D打印的聚合物制备复合材料，与普通的3D打印线材相比，打印的产品孔隙率小，拉伸强度高，且降低了产品的粗糙度；
(2)本发明的一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，采用高压复合熔融挤出技术，对传统的3D打印线材进行改革创新，丰富高性能3D打印线材的种类，对3D打印大规模工业化应用具有重要意义。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，具体如下：
(1)将皮层材料聚己内酯和芯层材料聚乳酸通过皮芯复合纺丝法制得具有皮芯结构的复合材料，具有皮芯结构的复合材料中皮层的含量为10wt％，皮层的熔点为80℃，芯层的熔点为180℃；
(2)将具有皮芯结构的复合材料从3D打印机喷嘴挤出并沉积在底板上制得低孔隙率3D打印制品，3D打印过程中具有皮芯结构的复合材料的芯层先于皮层发生凝固，3D打印过程中喷嘴温度比芯层熔点高22℃，底板温度比皮层熔点高10℃。
最终制得的低孔隙率3D打印制品的孔隙率为10％，在3D打印各项参数相同的条件下，低孔隙率3D打印制品相对于仅由皮层材料经3D打印制得的产品拉伸强度提高24％，表面粗糙度降低30％。
实施例2
一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，具体如下：
(1)将皮层材料聚乙二醇和芯层材料ABS通过皮芯复合纺丝法制得具有皮芯结构的复合材料，具有皮芯结构的复合材料中皮层的含量为15wt％，皮层的熔点为50℃，芯层的熔点为220℃；
(2)将具有皮芯结构的复合材料从3D打印机喷嘴挤出并沉积在底板上制得低孔隙率3D打印制品，3D打印过程中具有皮芯结构的复合材料的芯层先于皮层发生凝固，3D打印过程中喷嘴温度比芯层熔点高18℃，底板温度比皮层熔点高15℃。
最终制得的低孔隙率3D打印制品的孔隙率为8％，在3D打印各项参数相同的条件下，低孔隙率3D打印制品相对于仅由皮层材料经3D打印制得的产品拉伸强度提高13％，表面粗糙度降低5％。
实施例3
一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，具体如下：
(1)将皮层材料聚己二酸已二醇酯和聚丁二酸乙二醇酯的混合物(质量比1:1)和芯层材料尼龙6和聚碳酸酯的混合物(质量比1:1)通过皮芯复合纺丝法制得具有皮芯结构的复合材料，具有皮芯结构的复合材料中皮层的含量为22wt％，皮层的熔点为90℃，芯层的熔点为260℃；
(2)将具有皮芯结构的复合材料从3D打印机喷嘴挤出并沉积在底板上制得低孔隙率3D打印制品，3D打印过程中具有皮芯结构的复合材料的芯层先于皮层发生凝固，3D打印过程中喷嘴温度比芯层熔点高10℃，底板温度比皮层熔点高10℃。
最终制得的低孔隙率3D打印制品的孔隙率为7％，在3D打印各项参数相同的条件下，低孔隙率3D打印制品相对于仅由皮层材料经3D打印制得的产品拉伸强度提高5％，表面粗糙度降低1％。
实施例4
一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，具体如下：
(1)将皮层材料脂肪族聚碳酸酯和熔点为100℃的尼龙的混合物(质量比3:1)和芯层材料聚丙烯通过皮芯复合纺丝法制得具有皮芯结构的复合材料，具有皮芯结构的复合材料中皮层的含量为30wt％，皮层的熔点为100℃，芯层的熔点为180℃；
(2)将具有皮芯结构的复合材料从3D打印机喷嘴挤出并沉积在底板上制得低孔隙率3D打印制品，3D打印过程中具有皮芯结构的复合材料的芯层先于皮层发生凝固，3D打印过程中喷嘴温度比芯层熔点高35℃，底板温度比皮层熔点高20℃。
最终制得的低孔隙率3D打印制品的孔隙率为3％，在3D打印各项参数相同的条件下，低孔隙率3D打印制品相对于仅由芯层材料经3D打印制得的产品拉伸强度提高33％，表面粗糙度降低19％。
实施例5
一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，3D打印机主要由料仓I、料仓II、螺杆挤出机I、螺杆挤出机II、计量泵I、计量泵II、分配板、喷嘴和多根熔体管道组成，料仓I和料仓II分别与螺杆挤出机I和螺杆挤出机II连接，螺杆挤出机I和螺杆挤出机II分别通过熔体管道与计量泵I和计量泵II连接，计量泵I和计量泵II与同一分配板连接，分配板与喷嘴连接，具体步骤如下：
(1)将皮层材料乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和芯层材料聚偏氟乙烯和聚醚醚酮的混合物(质量比1:3)分别由料仓I和料仓II进入螺杆挤出机I和螺杆挤出机II中进行熔融；其中，螺杆挤出机I内部的温度比乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的熔点高15℃，压力为15.0MPa，螺杆挤出机II内部的温度比聚偏氟乙烯和聚醚醚酮的混合物高10℃，压力为30MPa，聚偏氟乙烯和聚醚醚酮的混合物进入螺杆挤出机前在温度比聚偏氟乙烯和聚醚醚酮的混合物熔点低5％、真空度为85％的真空干燥箱中干燥6个小时；
(2)由熔体管道输送至计量泵I和计量泵II中；
(3)由计量泵计量到同一分配板中后由分配板分配至同一喷嘴的外层和中层后挤出制得具有皮芯结构的复合材料，具有皮芯结构的复合材料中皮层的含量为35wt％，皮层的熔点为65℃，芯层的熔点为200℃；
(4)将具有皮芯结构的复合材料从上述3D打印机喷嘴挤出后直接沉积在底板上制得低孔隙率3D打印制品，3D打印过程中具有皮芯结构的复合材料的芯层先于皮层发生凝固，3D打印过程中喷嘴温度比芯层熔点高30℃，底板温度比皮层熔点高20℃。
最终制得的低孔隙率3D打印制品的孔隙率为5％，在3D打印各项参数相同的条件下，低孔隙率3D打印制品相对于仅由芯层材料经3D打印制得的产品拉伸强度提高8％，表面粗糙度降低30％。
实施例6
一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，3D打印机结构与实施例5一致，具体步骤如下：
(1)将皮层材料乙烯丙烯酸共聚物和熔点为110℃的尼龙的混合物(质量比为2:1)和芯层材料弹性聚氨酯分别由料仓I和料仓II进入螺杆挤出机I和螺杆挤出机II中进行熔融；其中，螺杆挤出机I内部的温度比乙烯丙烯酸共聚物和尼龙的混合物的熔点高20℃，压力为25.5MPa，螺杆挤出机II内部的温度比弹性聚氨酯的混合物高30℃，压力为15.0MPa，弹性聚氨酯进入螺杆挤出机前在温度比弹性聚氨酯熔点低8％、真空度为92％的真空干燥箱中干燥6个小时；
(2)由熔体管道输送至计量泵I和计量泵II中；
(3)由计量泵计量到同一分配板中后由分配板分配至同一喷嘴的外层和中层后挤出制得具有皮芯结构的复合材料，具有皮芯结构的复合材料中皮层的含量为25wt％，皮层的熔点为75℃，芯层的熔点为280℃；
(4)将具有皮芯结构的复合材料从上述3D打印机喷嘴挤出后直接沉积在底板上制得低孔隙率3D打印制品，3D打印过程中具有皮芯结构的复合材料的芯层先于皮层发生凝固，3D打印过程中喷嘴温度比芯层熔点高20℃，底板温度比皮层熔点高30℃。
最终制得的低孔隙率3D打印制品的孔隙率为9％，在3D打印各项参数相同的条件下，低孔隙率3D打印制品相对于仅由皮层材料经3D打印制得的产品拉伸强度提高1％，表面粗糙度降低45％。
实施例7
一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，3D打印机结构与实施例5一致，具体步骤如下：
(1)将皮层材料熔点为105℃的尼龙和芯层材料聚乳酸、ABS和聚酰胺的混合物(质量比为1:1:2)分别由料仓I和料仓II进入螺杆挤出机I和螺杆挤出机II中进行熔融；其中，螺杆挤出机I内部的温度比尼龙的熔点高10℃，压力为35MPa，螺杆挤出机II内部的温度比聚乳酸、ABS和聚酰胺高20℃，压力为25.0MPa，聚乳酸、ABS和聚酰胺进入螺杆挤出机前在温度比聚乳酸、ABS和聚酰胺熔点低6％、真空度为80％的真空干燥箱中干燥8个小时；
(2)由熔体管道输送至计量泵I和计量泵II中；
(3)由计量泵计量到同一分配板中后由分配板分配至同一喷嘴的外层和中层后挤出制得具有皮芯结构的复合材料，具有皮芯结构的复合材料中皮层的含量为28wt％，皮层的熔点为110℃，芯层的熔点为320℃；
(4)将具有皮芯结构的复合材料从上述3D打印机喷嘴挤出后直接沉积在底板上制得低孔隙率3D打印制品，3D打印过程中具有皮芯结构的复合材料的芯层先于皮层发生凝固，3D打印过程中喷嘴温度比芯层熔点高40℃，底板温度比皮层熔点高15℃。
最终制得的低孔隙率3D打印制品的孔隙率为1％，在3D打印各项参数相同的条件下，低孔隙率3D打印制品相对于仅由芯层材料经3D打印制得的产品拉伸强度提高35％，表面粗糙度降低60％。
实施例8
一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，3D打印机结构与实施例5一致，具体步骤如下：
(1)将皮层材料聚己内酯和聚乙二醇的混合物(质量比为3:2)和芯层材料聚碳酸酯、聚丙烯和弹性聚氨酯的混合物(质量比为2:1:1)分别由料仓I和料仓II进入螺杆挤出机I和螺杆挤出机II中进行熔融；其中，螺杆挤出机I内部的温度比聚己内酯和聚乙二醇的混合物的熔点高30℃，压力为18.0MPa，螺杆挤出机II内部的温度比聚碳酸酯、聚丙烯和弹性聚氨酯的混合物高40℃，压力为20MPa，聚碳酸酯、聚丙烯和弹性聚氨酯的混合物进入螺杆挤出机前在温度比聚碳酸酯、聚丙烯和弹性聚氨酯的混合物熔点低5％、真空度为88％的真空干燥箱中干燥6个小时；
(2)由熔体管道输送至计量泵I和计量泵II中；
(3)由计量泵计量到同一分配板中后由分配板分配至同一喷嘴的外层和中层后挤出制得具有皮芯结构的复合材料，具有皮芯结构的复合材料中皮层的含量为42wt％，皮层的熔点为50℃，芯层的熔点为330℃；
(4)将具有皮芯结构的复合材料从上述3D打印机喷嘴挤出后直接沉积在底板上制得低孔隙率3D打印制品，3D打印过程中具有皮芯结构的复合材料的芯层先于皮层发生凝固，3D打印过程中喷嘴温度比芯层熔点高38℃，底板温度比皮层熔点高10℃。
最终制得的低孔隙率3D打印制品的孔隙率为5％，在3D打印各项参数相同的条件下，低孔隙率3D打印制品相对于仅由皮层材料经3D打印制得的产品拉伸强度提高40％，表面粗糙度降低50％。
实施例9
一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，3D打印机结构与实施例5一致，具体步骤如下：
(1)将皮层材料乙烯丙烯酸共聚物和芯层材料ABS和聚偏氟乙烯的混合物(质量比为1:1)分别由料仓I和料仓II进入螺杆挤出机I和螺杆挤出机II中进行熔融；其中，螺杆挤出机I内部的温度比乙烯丙烯酸共聚物的熔点高15℃，压力为35MPa，螺杆挤出机II内部的温度比ABS和聚偏氟乙烯的混合物高70℃，压力为50.0MPa，ABS和聚偏氟乙烯的混合物进入螺杆挤出机前在温度比ABS和聚偏氟乙烯的混合物熔点低5％、真空度为95％的真空干燥箱中干燥11个小时；
(2)由熔体管道输送至计量泵I和计量泵II中；
(3)由计量泵计量到同一分配板中后由分配板分配至同一喷嘴的外层和中层后挤出制得具有皮芯结构的复合材料，具有皮芯结构的复合材料中皮层的含量为46wt％，皮层的熔点为90℃，芯层的熔点为360℃；
(4)将具有皮芯结构的复合材料从上述3D打印机喷嘴后直接挤出并沉积在底板上制得低孔隙率3D打印制品，3D打印过程中具有皮芯结构的复合材料的芯层先于皮层发生凝固，3D打印过程中喷嘴温度比芯层熔点高50℃，底板温度比皮层熔点高25℃。
最终制得的低孔隙率3D打印制品的孔隙率为10％，在3D打印各项参数相同的条件下，低孔隙率3D打印制品相对于仅由芯层材料经3D打印制得的产品拉伸强度提高16％，表面粗糙度降低20％。
实施例10
一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，具体步骤如下：
(1)采用3D打印法制得具有皮芯结构的复合材料，其中3D打印法采用3D打印机B完成，3D打印机B结构与实施例5的3D打印机结构一致；
(1.1)将皮层材料聚己内酯、聚乙二醇和熔点为120℃的尼龙的混合物(质量比为1:1:3)和芯层材料聚醚酰亚胺分别由料仓I和料仓II进入螺杆挤出机I和螺杆挤出机II中进行熔融；其中，螺杆挤出机I内部的温度比聚己内酯、聚乙二醇和尼龙的混合物的熔点高25℃，压力为45MPa，螺杆挤出机II内部的温度比聚醚酰亚胺高65℃，压力为50MPa，聚醚酰亚胺进入螺杆挤出机前在温度比聚醚酰亚胺熔点低7％、真空度为100％的真空干燥箱中干燥9个小时；
(1.2)由熔体管道输送至计量泵I和计量泵II中；
(1.3)由计量泵计量到同一分配板中后由分配板分配至同一喷嘴b的外层和中层后挤出制得具有皮芯结构的复合材料，具有皮芯结构的复合材料中皮层的含量为50wt％，皮层的熔点为120℃，芯层的熔点为380℃；
(2)将具有皮芯结构的复合材料从3D打印机A喷嘴a挤出并沉积在底板上制得低孔隙率3D打印制品，3D打印过程中具有皮芯结构的复合材料的芯层先于皮层发生凝固，3D打印过程中喷嘴a温度比芯层熔点高45℃，底板温度比皮层熔点高30℃，打印机A和3D打印机B为不同台打印机，喷嘴a和喷嘴b为不同个喷嘴。
最终制得的低孔隙率3D打印制品的孔隙率为7％，在3D打印各项参数相同的条件下，低孔隙率3D打印制品相对于仅由芯层材料经3D打印制得的产品拉伸强度提高40％，表面粗糙度降低42％。
实施例11
一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，具体步骤如下：
(1)采用3D打印法制得具有皮芯结构的复合材料，其中3D打印法采用3D打印机B完成，3D打印机B结构与实施例5的3D打印机结构一致；
(1.1)将皮层材料为聚己内酯和聚丁二酸乙二醇酯的混合物(质量比为3:1)，芯层的材料为尼龙6分别由料仓I和料仓II进入螺杆挤出机I和螺杆挤出机II中进行熔融；其中，螺杆挤出机I内部的温度比聚己内酯和聚丁二酸乙二醇酯的混合物的熔点高40℃，压力为50MPa，螺杆挤出机II内部的温度比尼龙6 75℃，压力为50.0MPa，尼龙6进入螺杆挤出机前在温度比尼龙6熔点低10％、真空度为95％的真空干燥箱中干燥12个小时；
(1.2)由熔体管道输送至计量泵I和计量泵II中；
(1.3)由计量泵计量到同一分配板中后由分配板分配至同一喷嘴b的外层和中层后挤出制得具有皮芯结构的复合材料，具有皮芯结构的复合材料中皮层的含量为44wt％，皮层的熔点为70℃，芯层的熔点为400℃；
(2)将具有皮芯结构的复合材料从3D打印机A喷嘴a挤出并沉积在底板上制得低孔隙率3D打印制品，3D打印过程中具有皮芯结构的复合材料的芯层先于皮层发生凝固，3D打印过程中喷嘴a温度比芯层熔点高20℃，底板温度比皮层熔点高10℃，打印机A和3D打印机B为不同台打印机，喷嘴a和喷嘴b为不同个喷嘴。
最终制得的低孔隙率3D打印制品的孔隙率为6％，在3D打印各项参数相同的条件下，低孔隙率3D打印制品相对于仅由皮层材料经3D打印制得的产品拉伸强度提高3％，表面粗糙度降低6％。
实施例12
一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，具体步骤如下：
(1)采用3D打印法制得具有皮芯结构的复合材料，其中3D打印法采用3D打印机B完成，3D打印机B结构与实施例5的3D打印机结构一致；
(1.1)将皮层材料为聚己内酯、聚乙二醇和乙烯丙烯酸共聚物的混合物(质量比为1:2:2)，芯层的材料为聚乳酸、ABS和聚丙烯的混合物(质量比为1:1:3)分别由料仓I和料仓II进入螺杆挤出机I和螺杆挤出机II中进行熔融；其中，螺杆挤出机I内部的温度比聚己内酯、聚乙二醇和乙烯丙烯酸共聚物的混合物的熔点高50℃，压力为15.0MPa，螺杆挤出机II内部的温度比聚乳酸、ABS和聚丙烯的混合物高65℃，压力为40MPa，聚乳酸、ABS和聚丙烯的混合物进入螺杆挤出机前在温度比聚乳酸、ABS和聚丙烯的混合物熔点低8％、真空度为93％的真空干燥箱中干燥12个小时；
(2)由熔体管道输送至计量泵I和计量泵II中；
(3)由计量泵计量到同一分配板中后由分配板分配至同一喷嘴b的外层和中层后挤出制得具有皮芯结构的复合材料，具有皮芯结构的复合材料中皮层的含量为30wt％，皮层的熔点为85℃，芯层的熔点为100℃；
(4)将具有皮芯结构的复合材料从3D打印机A喷嘴a挤出并沉积在底板上制得低孔隙率3D打印制品，3D打印过程中具有皮芯结构的复合材料的芯层先于皮层发生凝固，3D打印过程中喷嘴a温度比芯层熔点高10℃，底板温度比皮层熔点高20℃，打印机A和3D打印机B为不同台打印机，喷嘴a和喷嘴b为不同个喷嘴。
最终制得的低孔隙率3D打印制品的孔隙率为1％，在3D打印各项参数相同的条件下，低孔隙率3D打印制品相对于仅由皮层材料经3D打印制得的产品拉伸强度提高20％，表面粗糙度降低13％。
实施例13
一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，具体步骤如下：
(1)采用3D打印法制得具有皮芯结构的复合材料，其中3D打印法采用3D打印机B完成，3D打印机B结构与实施例5的3D打印机结构一致；
(1.1)将皮层材料聚己二酸已二醇酯和芯层材料聚醚醚酮分别由料仓I和料仓II进入螺杆挤出机I和螺杆挤出机II中进行熔融；其中，螺杆挤出机I内部的温度比聚己二酸已二醇酯的熔点高30℃，压力为40MPa，螺杆挤出机II内部的温度比聚醚醚酮高80℃，压力为30MPa，聚醚醚酮进入螺杆挤出机前在温度比聚醚醚酮熔点低9％、真空度为80％的真空干燥箱中干燥10个小时；
(1.2)由熔体管道输送至计量泵I和计量泵II中；
(1.3)由计量泵计量到同一分配板中后由分配板分配至同一喷嘴b的外层和中层后挤出制得具有皮芯结构的复合材料，具有皮芯结构的复合材料中皮层的含量为30wt％，皮层的熔点为105℃，芯层的熔点为350℃；
(2)将具有皮芯结构的复合材料从3D打印机A喷嘴a挤出并沉积在底板上制得低孔隙率3D打印制品，3D打印过程中具有皮芯结构的复合材料的芯层先于皮层发生凝固，3D打印过程中喷嘴a温度比芯层熔点高35℃，底板温度比皮层熔点高15℃，打印机A和3D打印机B为不同台打印机，喷嘴a和喷嘴b为不同个喷嘴。
最终制得的低孔隙率3D打印制品的孔隙率为2％，在3D打印各项参数相同的条件下，低孔隙率3D打印制品相对于仅由芯层材料经3D打印制得的产品拉伸强度提高33％，表面粗糙度降低20％。

Claims (3)

1.一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，其特征是：将从3D打印机A喷嘴a挤出的具有皮芯结构的复合材料沉积在底板上制得低孔隙率3D打印制品；3D打印过程中具有皮芯结构的复合材料的芯层先于皮层发生凝固，底板温度比皮层熔点高15-20℃，低孔隙率3D打印制品的孔隙率为1-2％；
皮层聚合物为熔点为105℃的尼龙，芯层聚合物为质量比为1:1:2的聚乳酸、ABS和聚酰胺的混合物；或者，皮层聚合物为质量比为1:2:2的聚己内酯、聚乙二醇和乙烯丙烯酸共聚物的混合物，芯层聚合物为质量比为1:1:3的聚乳酸、ABS和聚丙烯的混合物；或者，皮层聚合物为聚己二酸已二醇酯，芯层聚合物为聚醚醚酮；
所述具有皮芯结构的复合材料是采用3D打印法制得的，具体为：分别将皮层聚合物和芯层聚合物经不同流道输送至3D打印机B的同一喷嘴b的外层和中层后挤出制得皮芯结构双组份复合材料；
所述3D打印机A和3D打印机B为同一台打印机，所述喷嘴a和喷嘴b为同一个喷嘴，或者所述3D打印机A和3D打印机B为不同台打印机，所述喷嘴a和喷嘴b为不同个喷嘴；
所述3D打印机B主要由料仓I、料仓II、螺杆挤出机I、螺杆挤出机II、计量泵I、计量泵II、分配板、喷嘴b和多根熔体管道组成，料仓I和料仓II分别与螺杆挤出机I和螺杆挤出机II连接，螺杆挤出机I和螺杆挤出机II分别通过熔体管道与计量泵I和计量泵II连接，计量泵I和计量泵II与同一分配板连接，分配板与喷嘴b连接；
皮层聚合物和芯层聚合物分别由料仓I和料仓II进入螺杆挤出机I和螺杆挤出机II中进行熔融，后由熔体管道输送至计量泵I和计量泵II中，再由计量泵计量到同一分配板中后由分配板分配至喷嘴b中；
所述螺杆挤出机I内部的温度比皮层聚合物的熔点高10-50℃，压力为20-35MPa；所述螺杆挤出机II内部的温度比芯层聚合物的熔点高15-65℃，压力为30-80MPa；所述芯层聚合物在进入螺杆挤出机前在温度比芯层聚合物熔点低6-9％、真空度为80-93％的真空干燥箱中干燥8-12个小时。
2.根据权利要求1所述的一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，其特征在于，在3D打印各项参数相同的条件下，所述低孔隙率3D打印制品相对于仅由所述皮层或所述芯层材料经3D打印制得的产品拉伸强度提高20-35％，表面粗糙度降低13-60％。
3.根据权利要求2所述的一种低孔隙率3D打印制品的制备方法，其特征在于，所述具有皮芯结构的复合材料中皮层的含量为28-30wt％，所述3D打印过程中喷嘴a温度比芯层熔点高10-40℃。
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