CN111747681A - 3d打印线材及其制备方法、3d打印产品的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种3D打印线材及其制备方法、3D打印线材的制备方法，其中，所述3D打印线材包括以下重量份数的组份：粉末物料70～95份，以及粘结剂5～30份；所述粉末物料包括金属粉末和/或陶瓷粉末；所述粘结剂包括以下重量份数的组份：聚甲醛50～100份；聚乙烯1～50份；以及，硬脂酸1～20份。本发明技术方案具有3D打印材料进料方便，打印时出料均匀以及方便运输的特点。

Description

3D打印线材及其制备方法、3D打印产品的制备方法
技术领域
本发明涉及打印材料领域，特别涉及一种3D打印线材及其制备方法、3D打印产品的制备方法。
背景技术
3D打印是一种高效的三维物件的生产方式，但其发展受到3D打印材料的限制。现有的3D打印在打印金属时，通常是采用激光将粉末金属材料加热熔融成型，这种打印方式具有金属粉末利用率低和打印效率低的问题。另外，粉末材料在进料和运输过程中都不方便，容易扬尘且包装运输过程中耗损大。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种3D打印线材，旨在提升金属或陶瓷3D打印材料进料的均匀性和流畅性。
为实现上述目的，本发明提出一种3D打印线材，包括以下重量份数的组份：粉末物料70～95份，以及粘结剂5～30份；
所述粉末物料包括金属粉末和/或陶瓷粉末；
所述粘结剂包括以下重量份数的组份：
聚甲醛50～100份；
聚乙烯1～50份；以及，
硬脂酸1～20份。
可选地，所述粘结剂包括以下重量份数的组份：
聚甲醛60～95份；
聚乙烯1～10份；以及，
硬脂酸1～6份。
可选地，所述粘结剂还包括以下重量份数的组份：
ABS塑料1～10份，以及聚甲基丙烯酸甲酯1～10份；和/或，
乙酸-醋酸乙烯共聚物5～10份。
可选地，所述粉末物料的等效粒径小于或等于100μm。
可选地，所述3D打印线材的直径为1.5mm～3mm。
本发明还提出一种3D打印线材的制备方法，包括以下步骤：
将如上述的3D打印线材各个所述重量份数的组份加入密炼机中混炼得到混料，然后将所述混料加入拉丝机中拉伸得到所述3D打印线材。
可选地，所述密炼机中混炼的温度小于或等于300℃。
本发明还提出一种3D打印产品的制备方法，包括以下步骤：
采用上述的3D打印线材打印得到模坯；
将所述模坯进行脱脂，然后烧结得到所述3D打印产品。
可选地，所述脱脂为采用硝酸脱脂。
可选地，所述采用上述的3D打印线材打印得到模坯的步骤具体包括：
以上述的3D打印线材为材料，以FDM打印机打印得到模坯。
本发明技术方案提供的3D打印线材，控制了粘结剂和粉末材料的相对用量，其中粉末材料是用于胚体成型的主体，当粘结剂的用量过多时，粉末材料的含量减小，容易降低3D打印效率，可以理解为，当粉末材料的含量小时，需要消耗更多的3D打印线材，才能完成3D模坯的打印。当粘结剂的用量过少时，所述3D打印线材成型困难，成型后的强度低，容易发生掉粒、断裂的情况。本实施例所述粘结剂加热后熔融状态下具有粘度高，且流动性能好，有利于与所述粉末物料粘结。冷却成型后粘结剂固化，使得线材具有一定的韧性，不容易折断，同时也方便线材卷曲封装，并方便3D打印时线材进料。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种3D打印线材。
在本发明实施例中，该一种3D打印线材，包括以下重量份数的组份：粉末物料70～95份；以及，粘结剂5～30份；所述粉末物料包括金属粉末和/或陶瓷粉末；所述粘结剂包括以下重量份数的组份：聚甲醛50～100份，聚乙烯1～50份；以及，硬脂酸1～20份。本实施例中控制了粘结剂和粉末材料的相对用量进，其中粉末材料是用于胚体成型的主体，当粘结剂的用量过多时，粉末材料的含量减小，容易降低3D打印效率，可以理解为，当粉末材料的含量小时，需要消耗更多的3D打印线材，才能完成3D模坯的打印。当粘结剂的用量过少时，所述3D打印线材成型困难，成型后的强度低，容易发生掉粒、断裂的情况。本实施例所述粘结剂加热后熔融状态下具有粘度高，且流动性能好，有利于与所述粉末物料粘结。冷却成型后粘结剂固化，使得线材具有一定的韧性，不容易折断，同时也方便线材卷曲封装，并方便3D打印时线材进料。
本实施例将金属粉末或者陶瓷粉末或者金属与陶瓷混合粉末粘结后制成3D打印线材，与现有的3D打印粉末进料相比，线材进料具有操作便捷，供料更加稳定，喷嘴出料更加均匀
进一步地，在本实施例中，所述粘结剂包括以下重量份数的组份：聚甲醛60～95份；聚乙烯1～10份；以及，硬脂酸1～6份。所述粘结剂具有熔融状态下流动性能和延展性好，对金属、陶瓷材料具有良好的黏性，容易将金属粉末和陶瓷粉末粘附聚集，且固化状态下机械强度高，能够提升线材的机械强度。
进一步地，在本实施例中，所述粘结剂还包括以下重量份数的组份：ABS塑料1～10份；以及，聚甲基丙烯酸甲酯1～10份。所述粘结剂中ABS塑料和聚甲基丙烯酸甲酯能够提升粘结剂固化状态下的机械强度和化学稳定性，有利于所述线材长久保存。
进一步地，在本实施例中，所述粉末物料的等效粒径小于或等于100μm。所述颗粒的等效粒径具体是指，与该颗粒体积相等的球体的粒径。当粉末物料当所述粉末物料的粒径过大时，线材在喷嘴处容易出现出料不顺畅而导致堵料的问题。另外，当大粒径颗粒的3D打印线材打印成模坯后，由于物料颗粒粒径大，其表面活性小，因此模坯在烧结过程中难以烧结致密，所得的产品力学性能低。
进一步地，在本实施例中，所述粉末物料呈圆形或者椭圆形，使得所述粉末物料在粘结剂混合时更容易滚动，有利于使得粉末物料和粘结剂混合更加均匀，提高物料的流动性。进一步地，在本实施例中，所述3D打印线材的直径为1.5mm～3mm。当所述3D打印线材的直径过小时，线材的强度较差，容易发生折断，或者是在线材进料过程中被拉断。当所述3D打印线材的直径过大时，线材的弯曲性能差，难以缠绕在料盘上，不方便线材的储放和运输。
本发明还提出一种3D打印线材的制备方法，包括以下步骤：将如上述的3D打印线材各个所述重量份数的组份加入密炼机中混炼得到混料，然后将所述混料加入拉丝机中拉伸得到线材。先通过密炼机对粉末材料和粘结剂进行混合、熔融然后造粒，得到混料，造粒后的混料中粘结剂与粉末分布均匀，粘结剂粘合了粉末颗粒。混料加入拉丝机中，拉丝机加热软化混料，然后对混料进行塑性，使得混料形成线型材料，冷却后线型材料硬化，得到3D打印线材。拉丝机在拉丝的过程中，可以是仅仅软化粘结剂，而不需要软化金属粉末，3D打印用的金属熔点通常高于高分子粘结剂的熔点，因此有利于将拉丝的温度降低，这也是本实施例优于直接采用金属原材料制备线材的方法的一方面。
进一步地，所述密炼机中混炼的温度小于或等于300℃。本实施例采用的粘结剂为高分子粘结剂，在具有固化后机械性能好的特点，同时也存在当温度过高时，容易发生裂解的特点。在密炼过程中，温度过高容易使得粘结剂裂解，导致粘结剂挥发失效，从而使得线材容易断裂。
本发明还提出一种3D打印产品的制备方法，包括以下步骤：
采用上述的3D打印线材打印得到模坯；
将所述模坯进行脱脂，然后烧结得到所述3D打印产品。
采用上述3D打印线材打印模坯，仅需将线材加热到粘结剂熔融，利用粘结剂熔融状态下线材的形变性能、流动性能和粘结性能，使得线材能够重新塑形以形成模坯，具有材料利用率高，打印效率高的特点。成型的模坯中不仅具有金属和/或陶瓷粉末，还具有高分子粘结剂材料，倘若直接将所述模坯进行烧结得到3D打印产品，那么需要通过高温将粘结剂烧除，这样会导致需要的烧结时间长，具有能耗大和烧结成本高的缺点。因此，本实施例中，先对所述模坯进行脱脂，在保障模坯造型的前提下去除部分粘结剂，从而使得烧结过程去除粘结剂所需的时间更短，有利于减少能耗，降低烧结成本。
进一步地，在本实施例中，所述脱脂为采用硝酸脱脂。需要说明的是硝酸针对于本实施例采用的粘结剂具有良好的脱脂效果，能够有效降低至少部分高分子粘结剂的分子量，使得粘结剂更容易发生热裂解，更加容易被烧除，同时也能去除至少部分粘结剂，从而缩短烧结时长。
进一步地，在本实施例中，所述采用上述的3D打印线材打印得到模坯的步骤具体包括：
上述的3D打印线材为材料，以FDM打印机打印得到模坯。FDM打印机为现有的线材常用的打印机，具有技术成熟，价低易得的特点。本实施例所述的3D打印线材能够直接采用FDM打印机进行打印，以打印金属模坯或者陶瓷模坯或者金属陶瓷混合模坯，与用于打印金属模坯的激光打印机相比，本实施例采用FDM打印机打印具有打印设备价格低的优势。
下面将结合具体实施例，详细说明本发明的3D打印材料的制备方法的具体实施方式：
实施例1
将520g聚甲醛、490g聚乙烯以及130g硬脂酸混合得到粘结剂；将9.2Kg金属粉末以及1kg粘结剂加入密炼机中以280℃混炼得到混料，然后将混料加入拉丝机中拉伸得到3D打印线材。
实施例2
将1960g聚甲醛、980g聚乙烯以及260g硬脂酸混合得到粘结剂；将8Kg陶瓷粉末以及3kg粘结剂加入密炼机中以250℃混炼得到混料，然后将混料加入拉丝机中拉伸得到3D打印线材。
实施例3
将700g聚甲醛、490g聚乙烯以及130g硬脂酸混合得到粘结剂；将7Kg金属粉末以及0.5kg粘结剂加入密炼机中以150℃混炼得到混料，然后将混料加入拉丝机中拉伸得到3D打印线材。
实施例4
将600g聚甲醛、50g聚乙烯以及30g硬脂酸混合得到粘结剂；将7.5Kg金属粉末以及0.5kg粘结剂加入密炼机中以150℃混炼得到混料，然后将混料加入拉丝机中拉伸得到3D打印线材。
实施例5
将950g聚甲醛、12g聚乙烯以及12g硬脂酸混合得到粘结剂；将8Kg金属粉末以及0.5kg粘结剂加入密炼机中以150℃混炼得到混料，然后将混料加入拉丝机中拉伸得到3D打印线材。
实施例6
将700g聚甲醛、100g聚乙烯以及60g硬脂酸混合得到粘结剂；将8.5Kg金属粉末以及0.5kg粘结剂加入密炼机中以150℃混炼得到混料，然后将混料加入拉丝机中拉伸得到3D打印线材。
实施例7
将700g聚甲醛、100g聚乙烯、60g硬脂酸、20gABS塑料以及95g聚甲基丙烯酸甲酯混合得到粘结剂；将9Kg陶瓷粉末以及0.5kg粘结剂加入密炼机中以260℃混炼得到混料，然后将混料加入拉丝机中拉伸得到3D打印线材。
实施例8
将700g聚甲醛、100g聚乙烯、60g硬脂酸、97gABS塑料以及11g聚甲基丙烯酸甲酯混合得到粘结剂；将9.5Kg金属粉末以及0.5kg粘结剂加入密炼机中以260℃混炼得到混料，然后将混料加入拉丝机中拉伸得到3D打印线材。
实施例9
将700g聚甲醛、100g聚乙烯、60g硬脂酸、43gABS塑料以及56g聚甲基丙烯酸甲酯混合得到粘结剂；将8Kg金属粉末以及1kg粘结剂加入密炼机中以260℃混炼得到混料，然后将混料加入拉丝机中拉伸得到3D打印线材。
实施例10
将700g聚甲醛、100g聚乙烯、60g硬脂酸、20gABS塑料、95g聚甲基丙烯酸甲酯以及50g乙烯-醋酸乙烯共聚物混合得到粘结剂；将9Kg陶瓷粉末以及0.5kg粘结剂加入密炼机中以260℃混炼得到混料，然后将混料加入拉丝机中拉伸得到3D打印线材。
实施例11
将700g聚甲醛、100g聚乙烯、60g硬脂酸、20gABS塑料、95g聚甲基丙烯酸甲酯以及70g乙烯-醋酸乙烯共聚物混合得到粘结剂；将9Kg陶瓷粉末以及0.5kg粘结剂加入密炼机中以260℃混炼得到混料，然后将混料加入拉丝机中拉伸得到3D打印线材。
实施例12
将700g聚甲醛、100g聚乙烯、60g硬脂酸、20gABS塑料、95g聚甲基丙烯酸甲酯以及100g乙烯-醋酸乙烯共聚物混合得到粘结剂；将9Kg陶瓷粉末以及0.5kg粘结剂加入密炼机中以260℃混炼得到混料，然后将混料加入拉丝机中拉伸得到3D打印线材。
实施例13
将700g聚甲醛、100g聚乙烯、60g硬脂酸、50g乙烯-醋酸乙烯共聚物混合得到粘结剂；将9Kg陶瓷粉末以及0.5kg粘结剂加入密炼机中以260℃混炼得到混料，然后将混料加入拉丝机中拉伸得到3D打印线材。
实施例14
将700g聚甲醛、100g聚乙烯、60g硬脂酸、98g乙烯-醋酸乙烯共聚物混合得到粘结剂；将9Kg陶瓷粉末以及0.5kg粘结剂加入密炼机中以260℃混炼得到混料，然后将混料加入拉丝机中拉伸得到3D打印线材。
实施例15
采用实施例1至14中的任何一个的3D打印线材，以FDM打印机打印得到模坯；将所述模坯通过硝酸进行脱脂，然后烧结得到所述3D打印产品。
本发明技术方案制备的线材，具有成型效果好，线材不容易掉粉，且韧性和强度高，能够弯曲，方便于包装、运输和3D打印机进料。
为了测试线材的使用效果，以实施例1所述的3D打印线材为原料，以FDM打印机打印得到模坯，以70mm跨距和5mm/min的测试条件，测试该模胚的机械性能，得到的检测结果为：该模坯最大弯曲力为23.3N，弯曲强度为19.8MPa，弯曲模量为2395MPa，其在未烧结前具有良好的机械性能，方便于模坯的取放和运输等作业。由此可知，所述3D打印线材具有良好的使用性能。
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，利用本发明说明书内容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 (10)

1.一种3D打印线材，其特征在于，包括以下重量份数的组份：粉末物料70～95份，以及粘结剂5～30份；
所述粉末物料包括金属粉末和/或陶瓷粉末；
所述粘结剂包括以下重量份数的组份：
聚甲醛50～100份；
聚乙烯1～50份；以及，
硬脂酸1～20份。
2.如权利要求1所述的3D打印线材，其特征在于，所述粘结剂包括以下重量份数的组份：
聚甲醛60～95份；
聚乙烯1～10份；以及，
硬脂酸1～6份。
3.如权利要求2所述的3D打印线材，其特征在于，所述粘结剂还包括以下重量份数的组份：
ABS塑料1～10份，以及聚甲基丙烯酸甲酯1～10份；和/或，
乙酸-醋酸乙烯共聚物5～10份。
4.如权利要求1所述的3D打印线材，其特征在于，所述粉末物料的等效粒径小于或等于100μm。
5.如权利要求1所述的3D打印线材，其特征在于，所述3D打印线材的直径为1.5mm～3mm。
6.一种3D打印线材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将如权利要求1至5任一项所述的3D打印线材各个所述重量份数的组份加入密炼机中混炼得到混料，然后将所述混料加入拉丝机中拉伸得到所述3D打印线材。
7.如权利要求6所述的3D打印线材的制备方法，其特征在于，所述密炼机中混炼的温度小于或等于300℃。
8.一种3D打印产品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用如权利要求1至5任一项所述的3D打印线材打印得到模坯；
将所述模坯进行脱脂，然后烧结得到所述3D打印产品。
9.如权利要求8所述的3D打印产品的制备方法，其特征在于，所述脱脂为采用硝酸脱脂。
10.如权利要求8所述的3D打印产品的制备方法，其特征在于，所述采用如权利要求1至5任一项所述的3D打印线材打印得到模坯的步骤具体包括：
以如权利要求1至5任一项所述的3D打印线材为材料，以FDM打印机打印得到模坯。
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