CN109608750B

CN109608750B - 一种具有光致振动性能的3d打印线材及其制备和使用方法

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Publication number: CN109608750B
Application number: CN201811494623.3A
Authority: CN
Inventors: 姜再兴; 苑雪玉
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2021-03-12
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: CN109608750A

Abstract

一种具有光致振动性能的3D打印线材及其制备和使用方法，它涉及3D打印线材及其制备和使用方法。本发明是要解决现有的光响应材料响应速度慢、打印困难的技术问题。本发明的线材由乙烯‑醋酸乙烯共聚物、聚乙烯、马来酸酐、增塑剂、偶联剂、增韧剂、乙炔炭黑和银粉制成的乙烯‑醋酸乙烯/聚乙烯共聚物合成塑料。制法：是将乙烯‑醋酸乙烯共聚物、聚乙烯、马来酸酐、增塑剂、偶联剂、增韧剂、乙炔炭黑和银粉混合均匀后用螺杆挤出机挤出，得到线材；用法：将该线材加入到3D打印机中进行打印，得到器件。该器件的激光响应时间为0.05～0.06秒，振动频率为15～20Hz，振幅是4～5mm。可用于光致制动器部件、人造肌肉领域。

Description

一种具有光致振动性能的3D打印线材及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及3D打印线材及其制备和使用方法。

背景技术

随着3D打印技术在当今社会的需求日益增多，以热膨胀材料作为驱动执行单元，利用材料的热膨胀特性，将成型构件的设计参数、成型工艺、变形行为和最终结构目标等信息设计到初始构型中。成型后利用外场激励介质刺激，通过弯曲、扭曲、膨胀等自我变形获得预设三维空间构型，是一种集成产品设计、制造、装配为一体的创新技术。

自从热致感应，导电高分子，介质弹性体，碳纳米管，石墨烯等一些新材料的发现以来，关于人造肌肉的研究进展很快。其中有国外研究应用尼龙制作可弯曲以及可向多方向运动的人造肌肉，取得重大突破。申请号为CN201810465965的中国专利一种光响应4D打印材料及其制备方法公开了一种4D打印材料及其制备方法。该光响应4D打印的材料具有皮芯结构，芯为尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料，皮为光热转换材料。该制备方法是：将尼龙、乙烯-醋酸乙烯共聚物、相容剂POE-G-MAH、ABS树脂、钙锌稳定剂混合后挤出，得到尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料；将丙烯酸树脂、导热硅胶、多异氰酸酯、偶联剂DC6040和ABS树脂混合后，再加入普鲁士蓝，挤出，得到光热转换材料；再进行3D打印得到光响应4D打印部件。但是这种材料光响应速度慢，这种材料的样条要激光照射时间要≥0.08s才能产生响应,同时要打印成皮芯结构，打印困难。

发明内容

本发明是要解决现有的光响应材料响应速度慢、打印困难的技术问题，而提供一种具有光致振动性能的3D打印线材及其制备和使用方法。

本发明的具有光致振动性能的3D打印线材具有光致振动性能的3D打印线材是按重量百分比由45％～75.5％的乙烯-醋酸乙烯共聚物、5％～35％的聚乙烯、4％～6％的马来酸酐、8％～10％增塑剂、0.5％～1.5％的偶联剂、0.5％～1.5％的增韧剂、1％～3％乙炔炭黑和0.5％～1％的银粉制成的乙烯-醋酸乙烯/聚乙烯共聚物合成塑料。

上述的具有光致振动性能的3D打印线材的制备方法，按以下步骤进行：

步骤一：按重量百分比称取45％～75.5％的乙烯-醋酸乙烯共聚物、5％～35％的聚乙烯、4％～6％的马来酸酐、8％～10％增塑剂、0.5％～1.5％的偶联剂、0.5％～1.5％的增韧剂、1％～3％乙炔炭黑和0.5％～1％的银粉并混合均匀，得到混合物；

步骤二：将步骤一得到的混合物加入到长径比为(38～42)：1的螺杆挤出机的料斗中，在螺杆挤出机的第一段温度为150～160℃、第二段温度为165～175℃、第三段温度为180～200℃的条件下挤出，得到具有光致振动性能的3D打印线材，该线材为乙烯-醋酸乙烯/聚乙烯共聚物合成塑料。

本发明的具有光致振动性能的3D打印线材的使用方法，按以下步骤进行：

将具有光致振动性能的3D打印线材加入到3D打印机中，在打印头温度为220～230℃、热床温度为50～100℃的条件下进行打印，得到3D打印的器件。

本发明的具有光致振动性能的3D打印线材具有高的导热性和良好的吸光性能，利用该线材打印出来的器件具有光致振动的特性，该3D打印出的器件在波长为450nm的激光照射下可以产生驱动，振动的形式为形变振动。形变振动时的响应时间为0.05～0.06秒，其振动频率为15Hz～20Hz，振幅是4～5mm。灵敏度高，使用方便，运动效果好。

本发明的材料制备步骤简单，所用的原料成本低。

本发明可用于光致制动器部件、人造肌肉等领域。

附图说明

图1是实施例1中制备的样条在激光波长为450nm照射前的位置图；

图2是实施例1中制备的样条在激光波长为450nm照射后的位置图；

图3是实施例2中制备的样条在激光波长为450nm照射前的位置图；

图4是实施例2中制备的样条在激光波长为450nm照射后的位置图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的具有光致振动性能的3D打印线材是按重量百分比由45％～75.5％的乙烯-醋酸乙烯共聚物、5％～35％的聚乙烯、4％～6％的马来酸酐、8％～10％增塑剂、0.5％～1.5％的偶联剂、0.5％～1.5％的增韧剂、1％～3％乙炔炭黑和0.5％～1％的银粉制成的乙烯-醋酸乙烯/聚乙烯共聚物合成塑料。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯(DEHP)、邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)、邻苯二甲酸二正辛酯(DNOP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)中的一种或几种的组合混合；其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂或有机铬偶联剂；其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是所述的增韧剂为聚酰胺树脂、不饱和聚酯树脂或氯丁橡胶；其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：具体实施方式一所述的具有光致振动性能的3D打印线材的制备方法，按以下步骤进行：

步骤二：将步骤一得到的混合物加入到长径比为(38～42)：1的螺杆挤出机的料斗中，在螺杆挤出机的第一段温度为150～160℃、第二段温度为165～175℃、第三段温度为180～200℃的条件下挤出，得到具有光致振动性能的3D打印线材。

具体实施方式六：具体实施方式一所述的具有光致振动性能的3D打印线材的使用方法，按以下步骤进行：

用下面的实施例证明本发明的有益效果：

实施例1：本实施例的具有光致振动性能的3D打印线材的制备方法，按以下步骤进行：

步骤一：按重量百分比称取48％的乙烯-醋酸乙烯共聚物、33.5％的聚乙烯、5％的马来酸酐、8％的邻苯二甲酸二辛酯(DEHP)、1.5％的钛酸酯偶联剂、1.5％的聚酰胺树脂、2％乙炔炭黑和0.5％的银粉，并混合均匀，得到混合物；

步骤二：将步骤一得到的混合物加入到长径比为38：1的螺杆挤出机的料斗中，在螺杆挤出机的第一段温度为150℃、第二段温度为170℃、第三段温度为180℃的条件下挤出，得到具有光致振动性能的3D打印线材。它是一种乙烯-醋酸乙烯/聚乙烯共聚物合成塑料。

用上述的具有光致振动性能的3D打印线材进行3D打印长为60mm、宽为2mm、厚为0.112mm的样条，具体的打印方法如下：

将本实施例1制备的具有光致振动性能的3D打印线材加入到DE+02型科瑞特3D打印机中，在打印头温度为230℃、热床温度为60℃的条件下进行打印，得到3D打印的样条。

本实施例在打印时设置了60℃的热床温度，防止打印在平面上液体出现翘边，打印出的样条表面平整，本实施例制备的具有光致振动性能的3D打印样条的图片如图1所示。将样条的一端固定，另一端自由，用MW-BL-450/1000mW激光器在激光波长为450nm、强度为265mW的条件下进行激光响应试验，在无激光照射时，端自由位于直尺的刻度线15.7位置处，用激光照射0.06秒，样品的自由端向左偏移5mm，端自由位于直尺的刻度线15.2位置处，如图2所示，关掉激光0.06秒，样品的自由端又恢复至刻度线15.7位置处，再用激光照射0.06秒，样条又向左偏移，再关掉激光又恢复至刻度线15.7位置处，如此反复，随激光的有无，样品的自由端发生摆动，光响应速度快，振幅大，振动频率为15Hz。

实施例2：本实施例的具有光致振动性能的3D打印线材的制备方法，按以下步骤进行：

步骤一：按重量百分比称取58.5％的乙烯-醋酸乙烯共聚物、20％的聚乙烯、7％的马来酸酐、9％邻苯二甲酸二辛酯(DEHP)、1.5％的钛酸酯偶联剂、1.0％的聚酰胺树脂、2.0％乙炔炭黑和1.0％的银粉并混合均匀，得到混合物；

步骤二：将步骤一得到的混合物加入到长径比为40：1的螺杆挤出机的料斗中，在螺杆挤出机的第一段温度为160℃、第二段温度为170℃、第三段温度为190℃的条件下挤出，得到具有光致振动性能的3D打印线材。它是一种乙烯-醋酸乙烯/聚乙烯共聚物合成塑料。

将本实施例2制备的具有光致振动性能的3D打印线材加入到DE+02型科瑞特3D打印机中，在打印头温度为230℃、热床温度为60℃的条件下进行打印，得到3D打印的样条。

用本实施例制备的具有光致振动性能的3D打印线材打印的样条的图片如图3所示，将样条的一端固定，另一端自由，用MW-BL-450/1000mW激光器在强度为265mW、激光波长为450nm的条件下进行激光响应试验，在无激光照射时，端自由位于直尺的刻度线15.7位置处，用激光照射0.05秒，样品的自由端向左偏移4mm，端自由位于直尺的刻度线15.3位置处，如图4所示，关掉激光0.05秒，样品的自由端又恢复至刻度线15.7位置处，再用激光照射0.05秒，样条又向左偏移至15.3位置处，再关掉激光又恢复至刻度线15.7位置处，如此反复，随激光的有无，样品的自由端发生摆动，即实现了光响应，而且灵敏度高，振动频率为20Hz。

实施例3：本实施例的具有光致振动性能的3D打印线材的制备方法，按以下步骤进行：

步骤一：按重量百分比称取50％的乙烯-醋酸乙烯共聚物、30％的聚乙烯、7％的马来酸酐、8％邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)、1.0％的硅烷偶联剂KH550、1.0％的氯丁橡胶、2.0％乙炔炭黑和1.0％的银粉并混合均匀，得到混合物；

步骤二：将步骤一得到的混合物加入到长径比为40：1的螺杆挤出机的料斗中，在螺杆挤出机的第一段温度为150℃、第二段温度为165℃、第三段温度为180℃的条件下挤出，得到具有光致振动性能的3D打印线材。它是一种乙烯-醋酸乙烯/聚乙烯共聚物合成塑料。

将本实施例2制备的具有光致振动性能的3D打印线材加入到DE+02型科瑞特3D打印机中，在打印头温度为220℃、热床温度为80℃的条件下进行打印，得到3D打印的样条。

将本实施例得到的样条的一端固定，另一端自由，用MW-BL-450/1000mW激光器在强度为265mW、激光波长为450nm的条件下进行激光响应试验，用激光照射0.05秒后关闭0.05秒，再照射0.05秒后再关闭0.05秒，如此循环，样品的自由端发生摆动，偏移距离为4mm，即实现了光响应。

Claims

1.一种具有光致振动性能的3D打印线材，其特征在于该线材是按重量百分比由45％～75.5％的乙烯-醋酸乙烯共聚物、5％～35％的聚乙烯、4％～6％的马来酸酐、8％～10％增塑剂、0.5％～1.5％的偶联剂、0.5％～1.5％的增韧剂、1％～3％乙炔炭黑和0.5％～1％的银粉制成的乙烯-醋酸乙烯共聚物/聚乙烯合成塑料。

2.根据权利要求1所述的一种具有光致振动性能的3D打印线材，其特征在于所述的增塑剂为DEHP、DINP、DNOP、DBP、DMP、DEP一种或几种的组合混合。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有光致振动性能的3D打印线材，其特征在于所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂或有机铬偶联剂。

4.根据权利要求1或2所述的一种具有光致振动性能的3D打印线材，其特征在于所述的增韧剂为聚酰胺树脂、不饱和聚酯树脂或氯丁橡胶。

5.制备权利要求1所述的一种具有光致振动性能的3D打印线材的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

6.权利要求1所述的一种具有光致振动性能的3D打印线材的使用方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

将具有光致振动性能的3D打印线材加入到3D打印机中，在打印头温度220～230℃、热床温度为50～100℃的条件下进行打印，得到3D打印的器件。