CN111590884A

CN111590884A - 一种3d打印方法

Info

Publication number: CN111590884A
Application number: CN202010484536.0A
Authority: CN
Inventors: 苏健强; 汤付根
Original assignee: Print Rite Unicorn Image Products Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Tianwei Additives Co ltd
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2020-08-28
Also published as: CN110272589A

Abstract

本发明提供一种3D打印方法，包括以下步骤：步骤一，逐层铺设3D打印成型材料，3D打印成型材料包括聚合物、辐射吸收剂和填料，聚合物呈颗粒或粉末状，辐射吸收剂吸收波长为700nm至10μm的辐射，填料经过表面改性处理；步骤二，逐层分别将3D打印成型材料暴露于辐射中，逐层分别预热3D打印成型材料至低于聚合物熔化温度的温度；步骤三，将近红外光吸收剂逐层分别添加在3D打印成型材料的预设区域上，预设区域是3D打印成型材料层上的至少一部分，相邻两个3D打印成型材料层之间的预设区域具有相连接部分；步骤四，逐层分别将3D打印成型材料暴露于辐射中，使每一3D打印成型材料层上的近红外光吸收剂熔合，提高3D打印物体的机械强度，提高打印生产效率。

Description

一种3D打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印方法。

背景技术

三维(3D)快速成型，也被称为增材制造，基本原理是通过铺设、打印连续的材料层来产生三维物体，三维快速成型设备或三维打印机通过转换物体的三维计算机模型并产生一系列的截面切片来工作，然后打印每个切片，通过每个切片的重叠从而实现三维物体打印成型。

其中，现有专利申请CN201580079600.4披露了利用热辅助烧结的3D打印技术及打印方法，包括：施加构造材料组合物，构造材料组合物具有聚合物颗粒以及与聚合物颗粒混合的吸收辐射的增材，通过将构造材料组合物暴露于辐射来预热构造材料组合物至低于聚合物颗粒的熔化温度的温度，吸收辐射的增材增加辐射吸收并加速构造材料组合物的预热；选择性地将熔剂施加在构造材料组合物的至少一部分上；将构造材料组合物暴露于辐射，从而至少使与熔剂接触的构造材料组合物的至少一部分中的聚合物颗粒至少部分熔合。由于在成型过程中不同材料之间的混合均匀性会影响打印成型的效果，该技术中聚合物颗粒混合有吸收辐射的增材材料，另外还需要在构造成型材料均匀混合添加剂材料，才能实现3D的良好均匀的成型。通常在打印材料中可能还添加有电荷剂、助流剂、抗氧化剂或它们的组合。随着更多添加剂的加入以及添加剂浓度的提高，打印出来的物体机械强度会降低。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种能够提高3D成型物体机械性能且打印生产效率高的打印方法。

为达到本发明的主要目的，本发明提供了一种3D打印方法，包括以下步骤：步骤一，逐层铺设3D打印成型材料，3D打印成型材料包括聚合物、辐射吸收剂和填料，聚合物呈颗粒或粉末状，辐射吸收剂吸收波长为700nm至10μm的辐射，填料经过表面改性处理；步骤二，逐层分别将3D打印成型材料暴露于辐射中，逐层分别预热3D打印成型材料至低于聚合物熔化温度的温度；步骤三，将近红外光吸收剂逐层分别添加在3D打印成型材料的预设区域上，预设区域是3D打印成型材料层上的至少一部分，相邻两个3D打印成型材料层之间的预设区域具有相连接部分；步骤四，逐层分别将3D打印成型材料暴露于辐射中，使每一3D打印成型材料层上的近红外光吸收剂熔合。

由上可见，本发明的3D打印方法简单，采用添加有经过表面改性的填料的3D打印成型材料，逐层分别通过辐射预热、添加助熔剂、辐射熔合的步骤，可以得到机械强度高的3D打印成型物体，填料的添加也提高了打印生产效率。

进一步的技术方案是，3D打印方法还包括以下步骤：步骤五，3D打印成型材料完成铺设以及近红外光吸收剂完成熔合之后，除去预设区域之外的3D打印成型材料。

进一步的技术方案是，步骤一中，3D打印成型材料铺设在打印平台上；步骤二和四中，辐射由光处理设备提供。

进一步的技术方案是，聚合物、辐射吸收剂和填料混合均匀。填料已经过表面改性处理，能够提高材料的混合均匀性。混合步骤可以采用现有的混合操作使得物料混合均匀，也可以进一步添加一些现有添加剂促进材料分散。

进一步的技术方案是，表面改性处理使用表面改性剂。使用表面改性剂进行处理，操作简单，能够有效提高填料与其他物料的相容性。表面改性剂可以是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、JL－G系列表面改性剂、助磨偶联剂等，可以是单独的一种表面改性剂，也可以是一种以上表面改性剂的混合。其中，助磨偶联剂可以是重庆市嘉世泰化工有限公司的助磨偶联剂，例如F－1、T－2、T－3、L－4、L－1A、L－1B、L－2、L－3、L－4、L－301、L－402等牌号的助磨偶联剂，助磨偶联剂兼偶联剂、助磨剂、分散剂、改性剂为一体，使混合后的3D打印材料活性粉体分散性好，活性高，能够节省其它添加剂的使用，而且可以在常温下改性，使得3D打印材料制备更方便，提高了生产效率。

进一步的技术方案是，填料为碳酸钙；表面改性剂为JL－G系列表面改性剂、助磨偶联剂中的至少一种。优选地，填料选择碳酸钙，碳酸钙能够有效地增强3D打印产品，同时，碳酸钙为白色粉末状的填料，不会使材料带上不必要的颜色，不影响辐射预热。而且，碳酸钙具有原料成本低等优点。优选地，采用JL－G系列表面改性剂和重庆市嘉世泰化工有限公司的助磨偶联剂对碳酸钙填料进行表面改性，所得3D打印成型材料打印得到的物体具有更好的力学性能。

进一步的技术方案是，辐射吸收剂的粒度为1μm至100μm。进一步的技术方案是，辐射吸收剂为无机吸收剂和有机吸收剂中的至少一种。其中，无机吸收剂为掺杂铜的金属氧化物、铜磷酸盐、金属－铜(II)焦磷酸盐、双阳离子焦磷酸盐、混合的金属铁二磷酸盐、镁铜硅酸盐、碱式磷酸铜、金属氧化物、半导体纳米晶体中的至少一种。有机吸收剂为花青、酞菁、四芳基二胺、三芳基胺、金属二硫纶、稀土络合物、非共轭聚合物、共轭醌类聚合物、含共轭染料的聚合物、供体－受体共轭聚合物中的至少一种。

由上可见，本发明进一步限定了辐射吸收剂的粒度以及种类等。辐射吸收剂的粒度可以根据聚合物粒度进行选择，提高辐射吸收剂与聚合物的混合均匀程度。辐射吸收剂的种类可以根据实际的需要进行选择。

进一步的技术方案是，聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚缩醛、聚甲醛、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈－苯乙烯－丙烯酸酯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯－丙烯腈共聚物、苯乙烯－马来酸酐共聚物、聚氯乙烯、聚乙烯亚胺中的至少一种。

由上可见，本发明进一步限定了聚合物的种类，可以根据3D打印成型物品的具体应用领域选择合适的聚合物种类。

附图说明

图1是现有3D打印成型材料的示意图。

图2是本发明实施例3D打印成型材料的示意图。

图3是本发明实施例3D打印成型材料辐射预热的结构示意图。

图4是本发明实施例向3D打印成型材料的预设区域添加助熔剂的结构示意图。

图5是本发明实施例3D打印成型材料的预设区域的结构示意图。

图6是本发明实施例3D打印成型材料的预设区域熔合的结构示意图。

图7是本发明实施例3D打印成型材料打印成3D物体的结构示意图。

以下结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

如图1所示，现有的3D打印成型材料主要包括聚合物11和辐射吸收剂12。如图2所示，本发明的3D打印成型材料包括聚合物21、辐射吸收剂22以及填料23，其中，填料23经表面改性处理。聚合物21、辐射吸收剂22以及填料23混合均匀，填料23可填充聚合物21之间的空隙，当3D打印材料熔合时，填料23在聚合物21基体中能够起到补强作用。

在本发明中，聚合物21可以是颗粒或粉末状，粒径可以在1μm至100μm范围内。辐射吸收剂22粒径可以在1μm至100μm范围内，填料23的粒径可以在0.1μm至100μm范围内。聚合物21、辐射吸收剂22以及填料23可以根据需要按照比例配合，例如聚合物21为100质量份时，辐射吸收剂22可以是0.1至10质量份，填料23可以是0.1至200质量份。

3D打印成型材料实施例1

聚合物采用聚丙烯，填料采用碳酸钙，使用JL－G系列表面改性剂对碳酸钙改性处理。将经JL－G 20表面改性剂处理后的碳酸钙填充到聚丙烯中，其中聚丙烯70份，碳酸钙30份，偶联剂2份，制备空白样以及添加铝酸酯偶联剂的试样作为对比，性能如下表1所示。

表1碳酸钙改性聚丙烯材料的性能

试样名称	空白样	铝酸酯改性试样	JL－G 20改性试样
				改性剂添加量(份)	0	2	2
碳酸钙添加量(份)	30	30	30
				拉伸强度(MPa)	30.0	30.2	34.1
断裂伸长率(％)	5.9	15.7	28.8

可见，采用JL－G 20表面改性剂处理碳酸钙填料，相对于铝酸酯偶联剂，能够更好地提高聚丙烯材料的拉伸强度和断裂伸长率。将适量的辐射吸收剂与经JL－G 20表面改性剂处理后的碳酸钙、聚丙烯混合，得到能够提高3D成型物体强度的3D打印成型材料。

3D打印成型材料实施例2

本实施例采用重庆市嘉世泰化工有限公司的助磨偶联剂对碳酸钙表面改性，其余与实施例1相同。助磨偶联剂在改善碳酸钙分散性的同时，还具有助磨、改性的作用，混合后的3D打印成型材料性能更好。

3D打印成型方法实施例

本实施例提供了一种使用上述实施例中的3D打印成型材料进行3D打印的方法，包括以下步骤。

步骤一，如图3所示，在打印平台31上铺设3D打印成型材料32，形成3D打印成型材料32的层。

步骤二，如图3所示，将3D打印成型材料32暴露于由光处理设备33提供的辐射中，预热3D打印成型材料32至低于聚合物熔化温度的温度。

步骤三，如图4至图5所示，将助熔剂34添加在3D打印成型材料32的预设区域35上。预设区域35是3D打印成型材料32的层上的至少一部分。助熔剂34包括近红外光吸收剂。

步骤四，如图6所示，将3D打印成型材料32暴露于由光处理设备33提供的辐射中，使添加有助熔剂34预设区域35熔合。打印成型材料32在预设区域35内的部分熔合形成成型部分36，预设区域35以外的部分未熔合形成未成型部分37。

如图7所示，重复步骤一至四，在打印平台31上逐层铺设3D打印成型材料32，逐层分别辐射预热、添加熔剂、辐射熔合，打印完成后，除去未成型部分37，成型部分36逐层堆叠形成3D打印成型物体。由于3D打印成型材料32中碳酸钙填料的作用，所得3D打印成型物体具有良好的力学强度。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种3D打印方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，逐层铺设3D打印成型材料，所述3D打印成型材料包括聚合物、辐射吸收剂和填料，所述聚合物呈颗粒或粉末状，所述辐射吸收剂吸收波长为700nm至10μm的辐射，所述填料经过表面改性处理；

步骤二，逐层分别将所述3D打印成型材料暴露于辐射中，逐层分别预热所述3D打印成型材料至低于所述聚合物熔化温度的温度；

步骤三，将近红外光吸收剂逐层分别添加在所述3D打印成型材料的预设区域上，所述预设区域是所述3D打印成型材料层上的至少一部分，相邻两个所述3D打印成型材料层之间的所述预设区域具有相连接部分；

步骤四，逐层分别将所述3D打印成型材料暴露于辐射中，使每一所述3D打印成型材料层上的所述近红外光吸收剂熔合。

2.根据权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于：

所述3D打印方法还包括以下步骤：

步骤五，所述3D打印成型材料完成铺设以及所述近红外光吸收剂完成熔合之后，除去所述预设区域之外的所述3D打印成型材料。

3.根据权利要求1或2所述的3D打印方法，其特征在于：

步骤一中，所述3D打印成型材料铺设在打印平台上；

步骤二和步骤四中，所述辐射由光处理设备提供。

4.根据权利要求3所述的3D打印方法，其特征在于：

所述聚合物、所述辐射吸收剂和所述填料混合均匀；

所述表面改性处理使用表面改性剂。

5.根据权利要求4所述的3D打印方法，其特征在于：

所述填料为碳酸钙；所述表面改性剂为JL－G系列表面改性剂、助磨偶联剂中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的3D打印方法，其特征在于：

所述辐射吸收剂的粒度为1μm至100μm。

7.根据权利要求3所述的3D打印方法，其特征在于：

所述辐射吸收剂为无机吸收剂和有机吸收剂中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的3D打印方法，其特征在于：

所述无机吸收剂为掺杂铜的金属氧化物、铜磷酸盐、金属－铜(II)焦磷酸盐、双阳离子焦磷酸盐、混合的金属铁二磷酸盐、镁铜硅酸盐、碱式磷酸铜、金属氧化物、半导体纳米晶体中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的3D打印方法，其特征在于：

所述有机吸收剂为花青、酞菁、四芳基二胺、三芳基胺、金属二硫纶、稀土络合物、非共轭聚合物、共轭醌类聚合物、含共轭染料的聚合物、供体－受体共轭聚合物中的至少一种。

10.根据权利要求4至9任一项所述的3D打印方法，其特征在于：

所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚缩醛、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈－苯乙烯－丙烯酸酯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯－丙烯腈共聚物、苯乙烯－马来酸酐共聚物、聚氯乙烯、聚乙烯亚胺中的至少一种。