CN112322110A - 用于喷墨3d打印的近红外反射复合材料及其制备方法 - Google Patents

用于喷墨3d打印的近红外反射复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112322110A
CN112322110A CN202011296921.9A CN202011296921A CN112322110A CN 112322110 A CN112322110 A CN 112322110A CN 202011296921 A CN202011296921 A CN 202011296921A CN 112322110 A CN112322110 A CN 112322110A
Authority
CN
China
Prior art keywords
parts
powder
inkjet
infrared reflection
filler
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011296921.9A
Other languages
English (en)
Inventor
夏和生
欧阳豪
廖彬
王占华
蔡易凡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan University
Original Assignee
Sichuan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan University filed Critical Sichuan University
Priority to CN202011296921.9A priority Critical patent/CN112322110A/zh
Publication of CN112322110A publication Critical patent/CN112322110A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/30—Inkjet printing inks
    • C09D11/38—Inkjet printing inks characterised by non-macromolecular additives other than solvents, pigments or dyes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/30—Inkjet printing inks

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于喷墨3D打印的近红外反射复合材料，包括：溶液包覆法：聚合物粉末90‑100份，近红外反射填料0.1‑10份，流动改性剂0.1‑1份，其他填料0.1‑5份，将聚合物粉末90‑100份搅拌1h分散于乙醇中，加入近红外反射填料0.1‑5份后继续搅拌2h，近红外反射填料会均匀吸附在聚合物粉末颗粒上，过滤烘干之后将包覆近红外反射填料与其他改性剂再进行机械共混。本发明优点在于：具有近红外反射作用，可直接适用于利用近红外作为加工能量源的喷墨3D打印，该材料可以防止打印过程中粉末床未喷墨部分软化或者熔融结块，提高打印制品的精度和强度，节约成本。

Description

用于喷墨3D打印的近红外反射复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种用于喷墨3D打印的近红外反射复合材料及其制备方法。
背景技术
3D打印也称为增材制造，是通过增加材料逐层制造的方式来构建实体的快速成型技术。近年来3D打印技术发展迅速，在工业制造，航空航天，生物医用等领域中具有十分重要的应用。目前主要的3D打印类型主要包括熔融沉积技术，选择性激光烧结，光固化成型技术，墨水直接书写技术，以及喷墨3D打印技术。
近年来，喷墨3D打印技术由于其使用能耗低的近红外光而受到广泛的关注，且相较于选择性激光烧结的逐点烧结方式，喷墨3D打印技术可以进行整个面的快速烧结，其打印速度是传统选择性激光烧结的几倍甚至十几倍。喷墨3D打印过程包括，聚合物粉末填充于粉缸中，利用反向旋转滚轮等设备将一层薄薄的粉末(通常100um厚)沉积在粉末床表面。然后将沉积的材料预热到指定温度，再利用喷墨打印设备根据3D模型文件在选择性粉末床表面喷射近红外吸收油墨，然后近红外灯作用于整个粉末床，喷射红外吸收油墨部分的粉末吸收红外能量迅速升温熔融烧结，未喷墨部分能量吸收不够保持粉末状。经过铺粉-喷墨动作的重复层层构建具有复杂三维结构的制件。惠普公司制造的多射流熔融技术(MJF)3D打印机占据大部分市场，但是目前其使用的材料主要是尼龙，所以开发新材料是目前研究的热点。弹性体具有不同于由于塑料的优异抗冲击强度和柔韧性，应用十分广泛，但其具有独特的热性能，其粉末在温度达到软化点以上就会粘接结块，在喷墨3D打印过程中存在的主要难题是，即使喷墨部分粉末吸收红外能量到达熔点以上进行烧结，但是未喷墨部分粉末也很容易达到软化点以上而发生结块，使得打印制品难以剥离，打印精度差。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种用于喷墨3D打印的近红外反射复合材料及其制备方法，解决了现有技术中存在的缺陷。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种用于喷墨3D打印的近红外反射复合材料，包括按重量份计的如下组分：聚合物粉末90-100份，近红外反射填料0.1-10份，流动改性剂0.1-1份，其他填料0.1-5份。
进一步地，所述的聚合物粉末为：尼龙、热塑性聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯的其中一种。
进一步地，所述近红外反射填料为：氧化锌、二氧化钛、二氧化硅、氯氧化铋、锡掺杂氧化铟(ITO)、锑掺杂氧化锡(ATO)、铝粉、银粉的其中一种或多种。
所述近红外反射填料具有60-90％的近红外反射效率，其用处在于可以使聚合物复合粉末在近红外照射下获得更低的温度，从而防止聚合物软化或者熔融结块。加入近红外反射填料，可以使复合粉末温度降低3-20℃。
进一步地，所述流动改性剂为：硅酮粉、微粉硅胶、二氧化硅的其中一种。
进一步地，所述其他填料为：碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、银纳米粒子、氮化硼、钛酸钡的其中一种或多种。其可以使得复合粉末具有导电，导热，压电等性能。
进一步地，所述近红外反射复合材料的粉末粒径≤150um。
作为优选，近红外反射复合材料的粉末粒径≤100um。
作为优选，聚合物粉末为聚氨酯，粒径≤150um，近红外反射填料为二氧化钛，粒径≤10um，流动改性剂为硅酮粉，粒径≤10um。可用筛网进行筛分。
本发明还公开了近红外反射复合材料的制备方法，包括：机械共混法、溶液包覆法和熔融共混法的其中一种；其中溶液包覆法为优选，可得到近红外反射填料均匀包覆在聚合物粉末颗粒上的复合材料，达到最佳的近红外反射效果。
机械共混法：聚合物粉末90-100份，近红外反射填料0.1-10份，流动改性剂0.1-1份，其他填料0.1-5份置于高速机械共混搅拌机中，300-15000rpm的转速进行混合，搅拌3-10次，每次10-30秒，间隔5-30s。
溶液包覆法：将聚合物粉末90-100份搅拌1h分散于乙醇中，加入近红外反射填料0.1-5份后继续搅拌2h，由于静电相互作用，近红外反射填料会均匀吸附在聚合物粉末颗粒上，过滤烘干之后将包覆近红外反射填料与其他改性剂再进行机械共混。
熔融共混法：聚合物粉末90-100份，近红外反射填料0.1-10份，流动改性剂0.1-1份，其他填料0.1-5份，用单螺杆挤出机挤出造粒后，在进行深冷粉碎制成复合粉末。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
可以直接适用于喷墨3D打印，特别适用于以弹性体为聚合物基体的材料，可以提高打印过程中喷墨部分与未喷墨部分的温度差，在喷墨部分保持高温使粉末充分熔融得到强度较好的打印制件的同时，使未喷墨部分保持低温而不产生粘接结块等情况，得到的打印制品边缘清晰，精度高，同时粉末还可以继续重复利用，节能环保。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的复合粉末材料的粒径分布图；
图2是本发明实施例2制备的复合粉末材料的SEM图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
实施例1
将聚氨酯粉末100份搅拌1h分散于乙醇中，加入近红外反射填料氧化锌2份后继续搅拌2h，由于静电相互作用，近红外反射填料氧化锌会均匀吸附在聚合物粉末颗粒上，过滤烘干之后得到氧化锌均匀包覆的聚氨酯粉末。
以1000rpm的转速进行将上述的粉末与0.2份二氧化硅和1份钛酸钡进行机械混合，搅拌10次，每次15秒，间隔30秒。
用150目筛网进行筛分，得到平均粒径小于100um的复合粉末，可直接用于喷墨3D打印。
如图1所示，实施例1复合粉末材料的粒径分布图，粉末的平均粒径为69.7um，十分适合基于聚合物粉末熔融技术的3D打印，可以获得更高的粉末堆积密度和更低的孔隙率，提高打印制品的力学性能。
实施例2
将聚氨酯粉末100份搅拌1h分散于乙醇中，加入近红外反射填料二氧化钛3份后继续搅拌2h，由于两种材料都具有较强的疏水性，根据相似相溶原理，近红外反射填料二氧化钛会均匀吸附在聚合物粉末颗粒上，过滤烘干之后得到二氧化钛均匀包覆的聚氨酯粉末。
以1000rpm的转速进行将上述的粉末与0.5份硅酮粉进行机械混合，搅拌10次，每次15秒，间隔30秒。
用150目筛网进行筛分，得到平均粒径小于100um的复合粉末，可直接用于喷墨3D打印。
该实例中聚合物粉末为聚氨酯，其软化温度为136℃，熔点为170℃，在某一个近红外光照射强度下，喷墨部分粉末温度可升至220℃，未喷墨部分温度为130℃，此情况下喷墨部分被近红外吸收油墨遮盖，近红外反射填料无法起到反射近红外能量的效果，而未喷墨部分近红外反射填料对近红外进行反射，温度低，保持松散粉末状，打印制件易剥离，打印精度高，强度较好。
如图2所示，可以看出二氧化钛粉末均匀包覆于聚氨酯粉末表面。使用溶液包覆法制备的聚氨酯粉末颗粒，其颗粒表面均匀包覆一层二氧化钛的细小颗粒，可以最大程度的起到反射近红外光的效果。
实施例3
将聚二甲基硅氧烷粉末100份搅拌1h分散于乙醇中，加入近红外反射填料二氧化钛2份后继续搅拌2h，静电相互作用，近红外反射填料二氧化钛会均匀吸附在聚合物粉末颗粒上，过滤烘干之后得到二氧化钛均匀包覆的聚二甲基硅氧烷粉末。
以800rpm的转速进行将上述的粉末与0.2份二氧化硅和0.5粉银粉进行机械混合，搅拌10次，每次15秒，间隔30秒。
用150目筛网进行筛分，得到平均粒径小于100um的复合粉末，可直接用于喷墨3D打印。
如表1所示，不同二氧化钛含量的聚氨酯复合粉末在同一近红外灯功率2000w下照射3s后的温度变化表；
表1
二氧化钛含量/％ 粉末温度
0 150
0.5 149
1 147
3 141
5 133
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于喷墨3D打印的近红外反射复合材料，其特征在于：包括按重量份计的如下组分：聚合物粉末90-100份，近红外反射填料0.1-10份，流动改性剂0.1-1份，其他填料0.1-5份。
2.根据权利要求1所述的一种用于喷墨3D打印的近红外反射复合材料，其特征在于：所述的聚合物粉末为：尼龙、热塑性聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯的其中一种。
3.根据权利要求1所述的一种用于喷墨3D打印的近红外反射复合材料，其特征在于：所述近红外反射填料为：氧化锌、二氧化钛、二氧化硅、氯氧化铋、锡掺杂氧化铟(ITO)、锑掺杂氧化锡(ATO)、铝粉、银粉的其中一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种用于喷墨3D打印的近红外反射复合材料，其特征在于：所述流动改性剂为：硅酮粉、微粉硅胶、二氧化硅的其中一种。
5.根据权利要求1所述的一种用于喷墨3D打印的近红外反射复合材料，其特征在于：所述其他填料为：碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、银纳米粒子、氮化硼、钛酸钡的其中一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种用于喷墨3D打印的近红外反射复合材料，其特征在于：所述近红外反射复合材料的粉末粒径≤150um。
7.根据权利要求6所述的一种用于喷墨3D打印的近红外反射复合材料，其特征在于：近红外反射复合材料的粉末粒径≤100um。
8.根据权利要求1所述的一种用于喷墨3D打印的近红外反射复合材料，其特征在于：作为优选，聚合物粉末为聚氨酯，粒径≤150um，近红外反射填料为二氧化钛，粒径≤10um，流动改性剂为硅酮粉，粒径≤10um。
9.根据权利要求1所述的一种用于喷墨3D打印的近红外反射复合材料的的制备方法，其特征在于：制备方法为机械共混法、溶液包覆法和熔融共混法的其中一种；
机械共混法：聚合物粉末90-100份，近红外反射填料0.1-10份，流动改性剂0.1-1份，其他填料0.1-5份置于高速机械共混搅拌机中，300-15000rpm的转速进行混合，搅拌3-10次，每次10-30秒，间隔5-30s；
溶液包覆法：将聚合物粉末90-100份搅拌1h分散于乙醇中，加入近红外反射填料0.1-5份后继续搅拌2h，由于静电相互作用，近红外反射填料会均匀吸附在聚合物粉末颗粒上，过滤烘干之后将包覆近红外反射填料与其他改性剂再进行机械共混；
熔融共混法：聚合物粉末90-100份，近红外反射填料0.1-10份，流动改性剂0.1-1份，其他填料0.1-5份，用单螺杆挤出机挤出造粒后，在进行深冷粉碎制成复合粉末。
CN202011296921.9A 2020-11-18 2020-11-18 用于喷墨3d打印的近红外反射复合材料及其制备方法 Pending CN112322110A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011296921.9A CN112322110A (zh) 2020-11-18 2020-11-18 用于喷墨3d打印的近红外反射复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011296921.9A CN112322110A (zh) 2020-11-18 2020-11-18 用于喷墨3d打印的近红外反射复合材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112322110A true CN112322110A (zh) 2021-02-05

Family

ID=74322613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011296921.9A Pending CN112322110A (zh) 2020-11-18 2020-11-18 用于喷墨3d打印的近红外反射复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112322110A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114944099A (zh) * 2022-07-21 2022-08-26 之江实验室 一种动态血流-血氧监测系统评估装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102863224A (zh) * 2011-07-06 2013-01-09 赢创德固赛有限公司 包含用聚合物涂覆的含金属、金属氧化物、金属氮化物或半金属氮化物的芯颗粒的粉末
CN104910609A (zh) * 2015-06-03 2015-09-16 四川大学 一种用于3d打印的聚氨酯复合材料及其制备方法和用途
CN108883576A (zh) * 2016-04-28 2018-11-23 惠普发展公司，有限责任合伙企业 三维打印
WO2019199329A1 (en) * 2018-04-13 2019-10-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Three-dimensional printing
CN111448072A (zh) * 2017-10-04 2020-07-24 巴斯夫欧洲公司 用于生产成型体的包含近红外反射体的烧结粉末
US20200262146A1 (en) * 2017-10-18 2020-08-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Build material for three-dimensional printing

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102863224A (zh) * 2011-07-06 2013-01-09 赢创德固赛有限公司 包含用聚合物涂覆的含金属、金属氧化物、金属氮化物或半金属氮化物的芯颗粒的粉末
CN104910609A (zh) * 2015-06-03 2015-09-16 四川大学 一种用于3d打印的聚氨酯复合材料及其制备方法和用途
CN108883576A (zh) * 2016-04-28 2018-11-23 惠普发展公司，有限责任合伙企业 三维打印
CN111448072A (zh) * 2017-10-04 2020-07-24 巴斯夫欧洲公司 用于生产成型体的包含近红外反射体的烧结粉末
US20200262146A1 (en) * 2017-10-18 2020-08-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Build material for three-dimensional printing
WO2019199329A1 (en) * 2018-04-13 2019-10-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Three-dimensional printing

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114944099A (zh) * 2022-07-21 2022-08-26 之江实验室 一种动态血流-血氧监测系统评估装置
CN114944099B (zh) * 2022-07-21 2022-11-08 之江实验室 一种动态血流-血氧监测系统评估装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10364341B2 (en) Method and apparatus for 3d printing of nano-filler/polymer composites
JP6562977B2 (ja) 粉末積層造形に用いる粉末材料およびそれを用いた粉末積層造形法
Kamran et al. A comprehensive study on 3D printing technology
JP6958217B2 (ja) 立体造形用樹脂粉末及び立体造形物の製造方法
EP3326786B1 (en) Method and device for manufacturing a shaped object
JP5172941B2 (ja) 層状に三次元物体を製造する方法で使用するｐａｅｋ粉末の製造方法、及び三次元物体を層状に製造する方法
CN109535709B (zh) 高分子聚合物粉末材料及其制备方法
Shi et al. Synthesis and applications of silver nanowires for transparent conductive films
CA3091723C (en) Particulate compositions comprising a metal precursor for additive manufacturing and methods associated therewith
CN112322110A (zh) 用于喷墨3d打印的近红外反射复合材料及其制备方法
Jagadeesh et al. A comprehensive review on 3D printing advancements in polymer composites: Technologies, materials, and applications
CN109575323B (zh) 一种高分子聚合物粉末材料及其制备方法
CN105584048B (zh) 提高塑料快速成型件强度的方法及生产专用线材的设备
CN105504749B (zh) 一种3d打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法
CN105696309A (zh) 一种通过热喷粘法负载纳米粒子复合纤维的制备方法
CN110193893A (zh) 聚合物基球形粉体的制备方法
CN111234430B (zh) 用于选择性激光烧结的聚乙烯醇基复合粉体及其制备方法
Srivastava et al. Smart manufacturing process of carbon-based low-dimensional structures and fiber-reinforced polymer composites for engineering applications
EP3524430B1 (en) Powder for solid freeform fabrication, and method of manufacturing solid freeform fabrication object
Abd-Elaziem et al. Particle-reinforced polymer matrix composites (PMC) fabricated by 3D printing
CN110789118A (zh) 一种3d打印机
CN109880324A (zh) 一种具有高导电性能的3d打印制件及其制备方法
CN113316514A (zh) 用于基于超声的增材制造的设备、系统和方法
CN110142968B (zh) 一种3d打印材料及其制备方法
CN204749277U (zh) 一种3d器件打印设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210205

RJ01 Rejection of invention patent application after publication