CN109233318A

CN109233318A - 一种大型3d打印支撑材料及其制备方法

Info

Publication number: CN109233318A
Application number: CN201810848352.0A
Authority: CN
Inventors: 彭锐; 龙井; 刘理辉; 吴俊坤
Original assignee: Guangdong Hua Led Intelligent Manufacturing Co Ltd
Current assignee: GUANGDONG HUALING INTELLIGENT MANUFACTURING Co.,Ltd.; SHANGHAI EYE MOVE GRAPHIC DESIGN PRODUCT Co.,Ltd.
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2019-01-18
Anticipated expiration: 2038-07-27
Also published as: CN109233318B

Abstract

本发明公开了一种大型3D打印支撑材料及其制备方法，其主要材料为碳酸钙填充母粒、热塑性弹性体、发泡剂、表面改性剂、塑化剂、抗氧剂，其中碳酸钙填充母粒为主要成分，热塑性弹性体为粘结剂。本发明主要材料碳酸钙填充母粒和热塑性弹性体材料便宜，而且环保；发泡剂的加入使材料强度和韧性降低，便于拆除，表面改性剂增加了支撑面与主体材料的附着性；在3D打印应用中，该支撑材料可塑性强，可以与主体材料完全的分离，并且强度和韧性低可以不借用工具直接拆除，成型零件的外形不会因支撑材料的剥离而损伤；相比水溶性支撑材料，不需要水更加的环保和经济，更适合采用螺杆挤出的3D打印机。

Description

一种大型3D打印支撑材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及3D打印材料，特别涉及一种大型3D打印支撑材料及其制备方法。

背景技术

3D打印主要有FDM熔融沉积、SLS激光烧结等技术，其中以FDM熔融沉积应用最为广泛，该技术是将高分子塑料熔融按照特定的轨迹层层堆积，打印出模型制品。当制品中出现悬空、中空结构时，选择支撑材料进行打印成型，在打印完成后去除。支撑材料在异形件打印中具有重要的作用，关系到打印的应用推广。随着3D打印向大型化，工业化方向发展，使用螺杆挤出能够得到更快的打印速度和材料的塑化效果。综合考虑打印大型中空制件，必须使用颗粒便于去除的支撑材料。支撑材料与主体材料必须分离，还必须考虑两者在分离前具有良好的粘结性，避免表层材料坍陷和不能按照轨迹堆叠。

市面主要的3D打印支撑材料采用水溶性的方案，后处理需要大量的水和容器，工艺比较复杂，从经济和环保的角度的不利于大型3D打印制件的推广和使用。水溶性方案使用的水溶性材料主要为聚乙烯醇PVA、聚氧化乙烯等，此类材料价格昂贵，使打印成本提高，并不利于大量使用。普通的3D打印支撑材料制备方法为将材料挤出拉丝，主要使用在桌面的3D打印中，无法使用在以螺杆挤出的大型3D打印中。因此，现有技术存在问题，需要进一步改进。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种大型3D打印支撑材料及其制备方法，该材料适合单螺杆挤出成型，具有良好的支撑性，并与主体材料具有良好的粘结性，成型后不需要借用特殊的工艺可以直接拆除，并且能与主体材料完全的分离。

为了实现上述目的，本发明提供一种大型3D打印支撑材料，该支撑材料质量百分比组成包括：碳酸钙填充母粒60～90％、热塑性弹性体10～30％、发泡剂0.1～5％、表面改性剂0.1～5％、塑化剂0.5～1、抗氧剂0.3～1。

为了实现上述发明的目的，其中主要材料选用碳酸钙填充母粒，母粒是以1500目的碳酸钙粉体加PP载体混合加工而成，2000目的碳酸钙粉体加LDPE载体混合加工而成。

为了实现上述发明的目的，其中热塑性弹性体选自TPV、TPE、TPO中的一种或多种。

为了实现上述发明的目的，其中发泡剂为偶氮二甲酰胺AC发泡剂，选自AC-1600、AC-1601、AC-1500W、AC-1900中的一种或多种。

为了实现上述发明的目的，其中表面改性剂选自马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物、松香其中的一种。

为了实现上述发明的目的，其中塑化剂选自邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)中的一种或多种。

为了实现上述发明的目的，其中抗氧剂选自四季戊四醇酯或者[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]。

为了实现上述发明的目的，解决支撑材料与实际应用各种存在的问题，本发明提供以一种大型3D打印支撑材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

(1)、将碳酸钙填充母粒原料分别置于80～90℃恒温干燥箱内干燥2～4h；

(2)、按照以下组分质量配比：60％～90％的碳酸钙填充母粒、10％～30％的热塑性弹性体、0.1～5％的发泡剂、0.5～1％的表面改性剂、0.5～1％的塑化剂、0.3～1％的抗氧剂配置实验材料；

(3)、将上述实验原材料按照配比置于高速混合机中充分混合5～10min，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挤出机进行挤出、冷却、风干、切粒，得到大型3D打印支撑材料。

所述步骤(3)中，高混机设置温度为30℃～45℃，转速为1000-2000r/min。

所述步骤(4)中，挤出机机身八段温区温度依次为130-140℃、140-150℃、150-160℃、160-170℃、170-180℃、180-190℃、190-200℃、190-200℃，机头温度为190-180℃，螺杆转速为200-300r/min，喂料速度为10-15r/min。

本发明中，碳酸钙填充母粒是以烯烃材料为载体混合而成，本身对环境友好，而且价格非常便宜；聚烯烃或者聚烯烃弹性体在高分子塑料中价格较低，其与碳酸钙填充母粒的相容性好，可以以任何比例共混，并且形成的体系可塑性好，便于挤出成型，强度和韧性低，便于直接的剥离；发泡剂在挤出成型时，在支撑体型中均匀的形成孔洞，进一步的降低了材料的强度和韧性，更加便于打印后的拆除。此支撑材料在使用后，可以不借用任何的工具徒手直接剥离，而且剥离的材料可以重复的使用。

本发明的技术特点在于提出一种新的3D打印支撑方式，需要解决虽然碳酸钙填充母粒和聚烯烃材料价格便宜，但是其形成的体系强度和韧性高，表面效果较差，与打印主体材料粘性差，成型后拆除困难。选用TPV在保证塑性的条件下，降低强度和韧性，利用AC微发泡的方法进一步的降低强度和韧性，并减少材料的使用降低成本；PE蜡和白油的加入增强材料的表面效果，提高支撑材料的使用性能。

采用本发明的技术方案，本发明的优点在于：本发明所述方法制备的大型3D打印支撑材料，其主体材料为碳酸钙填充母粒和聚烯烃，价格便宜易于获取，但是其形成的体系强度和韧性高，表面效果较差，与打印主体材料粘性差，成型后拆除困难。选用热塑性弹性体在保证塑性的条件下，降低强度和韧性，利用AC微发泡的方法进一步降低强度和韧性，并减少材料的使用降低成本；表面改性增加了支撑面与主体材料的附着性，PE蜡和白油的加入增强材料的，提高支撑材料的使用性能。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进一步说明。

具体实施例如下：

本发明提供的一种大型3D打印支撑材料，包括如下质量百分含量的各组成：

所述碳酸钙填充母粒和聚烯烃或烯烃类弹性体材料中各组分的质量百分含量之和为100％。

在一些有限的实施例中，可以选择以下方案中的一个或任一组合：

所述的碳酸钙填充母粒，是1500目的碳酸钙粉体加PP载体混合加工而成，2000目的碳酸钙粉体加LDPE载体混合加工而成。

所述热塑性弹性体选自TPV、TPE、TPO中的一种或多种，其配比为10～30％。

所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺AC，选自AC-1600、AC-1601、AC-1500W、AC-1900中的一种或多种；其配比为0.1～5％。

所述表面改性剂选自马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物、松香中的一种，其配比为0.1～5％。

所述塑化剂选自邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)中的一种或多种，其配比为0.5～1％。

所述抗氧剂选自四季戊四醇酯或者[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]，其配比为0.3～1％。

本发明还提供一种大型3D打印支撑材料的制备方法，包括如下步骤：

所述步骤(3)中，高速混合机设置温度为30℃～45℃，转速为1000-2000r/min。

实施例1

支撑材料，包括如下质量百分含量的各组分：1500目碳酸钙粉体加PE载体的78％的填充母粒、20％的TPV、1％的AC-1900发泡剂、0.5％的DOP、0.5％的抗氧剂、该支撑材料的制备方法如下：

将1500目碳酸钙粉体加PE载体的填充母粒放入80℃的恒温干燥箱中2h。称取填充母粒39.5KG、TPV10KG、AC-1900发泡剂0.5KG、PE蜡0.25KG、抗氧剂0.25KG；然后在高速混合机中混合10min。混合均匀的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，控制各段温度在：一区：130℃；二区：150℃；三区：160℃；四区：170℃；五区：180℃；六区：190℃；七区：200℃；八区：200℃；机头温度：190℃，螺杆转速为250r/min，经熔融共混挤出、冷却、水冷、风干得到支撑材料。

实施例2

支撑材料，包括如下质量百分含量的各组分：2000目碳酸钙粉体加PP载体的78％的填充母粒、20％的TPO、1％的AC-1900发泡剂、0.5％的DOP、0.5％的抗氧剂。该支撑材料的制备方法如下：

将2000目碳酸钙粉体加PP载体的填充母粒放入80℃的恒温干燥箱中2h。称取填充母粒39.5KG、PE10KG、AC-1600发泡剂0.5KG、PE蜡0.25KG、抗氧剂0.25KG；然后在高速混合机中混合10min。混合军印的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，控制各段温度在：一区：130℃；二区150℃；三区160℃；四区170℃；五区：180℃；六区：190℃；七区：200℃；八区：200℃；机头温度：190℃，螺杆转速为250r/min，经熔融共混挤出、冷却、水冷、风干得到支撑材料。

实施例3

支撑材料，包括如下质量百分含量的各组分：2000目碳酸钙粉体加PP载体的78％的填充母粒、20％的TPE、1％的AC-1600发泡剂、0.5％的DBP、0.5％的抗氧剂。该支撑材料的制备方法如下：

将2000目碳酸钙粉体加PP载体的填充母粒放入80℃的恒温干燥箱中2h。称取填充母粒39.5KG、PE10KG、AC-1600发泡剂0.5KG、PE蜡0.25KG、抗氧剂0.25KG；然后在高速混合机中混合10min。混合军印的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，控制各段温度在：一区：130℃；二区：150℃；三区：160℃；四区：170℃；五区：180℃；六区：190℃；七区：200℃；八区：200℃；机头温度：190℃，螺杆转速为250r/min，经熔融共混挤出、冷却、水冷、风干得到支撑材料。

通过以上实施例可以得出本发明的大型3D打印支撑材料，其主体材料为碳酸钙填充母粒和聚烯烃，选用热塑性弹性体在保证塑性的条件下，降低强度和韧性，利用AC微发泡的方法进一步降低强度和韧性；表面改性增加了支撑面与主体材料的附着性，PE蜡和白油的加入增强材料的，提高支撑材料的使用性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种大型3D打印支撑材料，其特征在于，该支撑材料质量百分比组成包括：碳酸钙填充母粒60～90％、热塑性弹性体10～30％、发泡剂0.1～5％、表面改性剂0.1～5％、塑化剂0.5～1％、抗氧剂0.3～1％。

2.根据权利要求1所述的大型3D打印支撑材料，其特征在于，其中主要材料成分为碳酸钙填充母粒，所述填充母粒是以碳酸钙加聚烯烃载体混合加工而成，聚烯烃载体为低密度聚乙烯或者聚丙烯。

3.根据权利要求1所述的大型3D打印支撑材料，其特征在于，所述热塑性弹性体选自TPV、TPE、TPO中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的大型3D打印支撑材料，其特征在于，所述发泡剂选自AC-1600、AC-1601、AC-1500W、AC-1900中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的大型3D打印支撑材料，其特征在于，所述表面改性剂选自马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物、松香中的一种。

6.根据权利要求1所述的大型3D打印支撑材料，其特征在于，所述塑化剂选自邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的大型3D打印支撑材料，其特征在于，所述抗氧剂选自四季戊四醇酯或者[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的大型3D打印支撑材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的大型3D打印支撑材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，高速混合机设置温度为30℃～45℃，转速为1000-2000r/min。

10.根据权利要求8所述的大型3D打印支撑材料的制备方法，所述步骤(4)中，挤出机机身八段温区温度依次为130-140℃、140-150℃、150-160℃、160-170℃、170-180℃、180-190℃、190-200℃、190-200℃，机头温度为190-180℃，螺杆转速为200-300r/min，喂料速度为10-15r/min。