CN112793110A - 用于3d打印的ppc材料制备装置及方法 - Google Patents

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王崇
刘春雨
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Abstract

本发明涉及高分子材料制备技术领域，且公开了用于3D打印的PPC材料制备装置及方法，第一步按照配方比例，称取物料，同时配方严重影响PPC的熔点以此决定PPC成品的3D打印性能，第二步将物料放入加入双螺杆挤出机中洗车洗干净后加入双螺杆挤出机中共混。该用于3D打印的PPC材料制备装置及方法，通过本发明成功研发了可在低温进行3D打印的复合材料，该材料打印温度低，精度高，打印性能较好，本发明制备方法简单易行，条件可控，制备成本低，同时本发明制作的低温3D打印耗材对3D打印设备要求度低，选择性广，一般家用型3D打印机亦可使用，同时在程度上减少工业领域所产生的废气中的二氧化碳。

Description

用于3D打印的PPC材料制备装置及方法
技术领域
本发明涉及高分子材料制备技术领域，具体为用于3D打印的PPC材料制备装置及方法。
背景技术
3D打印技术，即增材制造技术，是一种新兴的快速成型技术。它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，不需经过模具的制造，节省了模具制造的时间及成本。基本原理是叠层制造，逐层增加材料来生成三维实体的技术。作为推动第三产业革命的核心技术，3D打印具有网络化、数字化、个性化等特点，逐渐应用于医学、生物工程、建筑、服装、航空等领域；
环境污染是当今社会面临的亟待解决的问题之一，二氧化碳是许多工业领域所产生的废气，排放到大气层中，不仅对环境造成了污染，而且也是碳资源的浪费，聚甲基乙撑碳酸酯共聚物的原料之一是二氧化碳，通过二氧化碳与环氧丙烷共聚反应可以固定二氧化碳；
聚甲基乙撑碳酸酯[PPC]是非晶态聚合物，玻璃化温度(Tg)为35℃左右。温度在Tg以上时，PPC发粘结块，影响其储存和运输，在Tg以下时PPC处于玻璃态，脆性较大，因此纯PPC的应用存在很大困难。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了用于3D打印的PPC材料制备装置及方法，具备共混物发粘结块的温度高于纯PPC，可以解决储存和运输问题，同时力学性能较纯PPC有很大的改善，扩大了其应用范围，且可以完全生物降解等优点，解决了温度在玻璃化温度以上时，PPC发粘结块，影响其储存和运输的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于3D打印的PPC材料制备方法，第一步按照配方比例，称取物料，同时配方严重影响PPC的熔点以此决定PPC成品的3D打印性能，第二步将物料放入加入双螺杆挤出机中洗车洗干净后加入双螺杆挤出机中共混，将双螺杆挤出机挤出的线材通过造粒机造粒，第三步将造好的粒通过单螺杆挤出机挤出线材，冷却、收卷得到3D打印线材，第四步将PPC分别加入质量分数1％、3％CNC共混得到物料，经步骤二、三得到线材。
优选的，配方润滑剂中加入PPC50份、PLA50份可使产品综合性能更优越，得到在打印过程中不容易卡线的材料。
优选的，该用于3D打印的PPC材料制备装置及方法，包括造粒机，所述造粒机的后侧设置有收集箱，所述造粒机的后侧固定连接有箱体，所述箱体的内部为中空结构，所述箱体内部的上表面固定连接有电机，所述电机的转动端固定连接有转动盘，所述转动盘的底部固定连接有传动杆，所述箱体内部的下表面开设有支撑架，所述支撑架的内部设置有传动筛分装置。
优选的，所述传动杆位于转动盘远离圆心处，所述支撑架的内部贯穿箱体的内部并延伸至箱体的外部。
优选的，所述传动筛分装置包括移动槽，所述移动槽的表面与支撑架的内部滑动连接，所述移动槽为倒“U”字形，所述移动槽顶部固定连接有固定块，所述固定块的底部与箱体内部的下表面滑动连接，所述固定块的顶部开设有第二滑槽，所述移动槽竖直杆的相对侧均固定连接有定位杆，所述移动槽两个竖直杆之间设置有合格成品箱，所述合格成品箱的底部设置有网孔，所述合格成品箱的左右两侧开设有第一滑动槽，所述造粒机的后侧开设有第一滑槽，所述第一滑槽内部的上下表面均开设有卡槽，所述卡槽的内部镶嵌有滚球，所述合格成品箱底部的前侧开设有第二滑动槽。
优选的，所述第二滑槽的内部与传动杆的底部滑动连接，所述定位杆的表面与第一滑动槽的内部滑动连接，所述移动槽通过定位杆与第一滑动槽滑动连接。
优选的，两个所述卡槽呈镜像形式设置在第一滑槽内部的上下表面，两个所述卡槽的内部设置有相同的结构。
优选的，所述第一滑槽的内部与合格成品箱的前侧滑动连接。
优选的，所述第二滑动槽的表面与滚球的表面滑动连接。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了用于3D打印的PPC材料制备装置及方法，具备以下有益效果：
1、该用于3D打印的PPC材料制备装置及方法，通过本发明成功研发了可在低温进行3D打印的复合材料，该材料打印温度低，精度高，打印性能较好，本发明制备方法简单易行，条件可控，制备成本低，同时本发明制作的低温3D打印耗材对3D打印设备要求度低，选择性广，一般家用型3D打印机亦可使用，同时在程度上减少工业领域所产生的废气中的二氧化碳，使环境得到了保护，使碳资源的利用率得到提升。
2、该用于3D打印的PPC材料制备装置及方法，通过与旧PPC相比，新PPC体系中有部分结晶，新PPC的拉伸强度高于旧PPC以及新PPC能直接挤出线材用于3D打印，与PLA共混，材料很脆，但是拉伸强度得到提高，其中PPC/PLA的比例为50:50时，可用于3D打印线材，添加少量的CNC，打印样条拉伸强度得到提高，使模压样条的拉伸强度略有下降，解决储存和运输问题，同时力学性能较纯PPC有很大的改善，扩大了其应用范围，且可以完全生物降解，CNC(纤维素纳米晶)纳米级填料，可改善材料的结晶温度，使其在室温下能够挤出得到线材。
3、该用于3D打印的PPC材料制备装置及方法，通过使传动杆通过第二滑槽带动固定块在箱体的内部进行移动，进而实现移动槽的左右移动，同时使合格成品箱进行左右移动，进而使装置可以更加便捷的对成品进行筛选，使工人可以更加方便的得到合格的产品，在一定程度上使工人的劳动强度得到降低，同时使工人对物料的加工速度得到一定程度上的提升，使工人可以更加便捷的使用成品物料进行下一步加工。
4、该用于3D打印的PPC材料制备装置及方法，通过滚球与第二滑动槽的配合使合格成品箱与第一滑槽之间的摩擦力得到降低，进而使合格成品箱可以更加顺利的在第一滑槽的内部进行左右移动，在一定程度上减少合格成品箱在第一滑槽的内部进行移动时，发生卡死的情况，进而使装置可以更加顺利的对成品颗粒进行筛选，在一定程度上使物料生产的质量得到提升。
5、该用于3D打印的PPC材料制备装置及方法，通过固定块与移动槽的横向杆形成十字形，进而使固定块与移动槽的横向杆形成相互限制，使移动槽在支撑架的内部进行左右时不易滑出支撑架的内部，同时通过移动槽使固定块只能在箱体的内部进行左右移动，进而使工人可以更加方便的使用装置，进而使固定块可以更好的对移动槽进行传动。
附图说明
图1为本发明造粒机结构示意图；
图2为本发明造粒机剖视结构示意图；
图3为本发明合格成品箱左视平面结构示意图；
图4为本发明箱体的内部结构示意图。
图中：1造粒机、2箱体、3移动槽、4支撑架、5合格成品箱、6收集箱、7第一滑动槽、8第二滑动槽、9滚球、10卡槽、11第一滑槽、12电机、13转动盘、14第二滑槽、15传动杆、16固定块、17定位杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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做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。
实施例一：该用于3D打印的PPC材料制备方法，按下列步骤操作生产：
第一步：首先按照配方比例，称取物料，将PPC70g、PLA30g混合加入到双螺杆挤出机中洗车，将双螺杆挤出机清洗干净后加入剩余的物料进行双螺杆共混，同时配方严重影响PPC的熔点以此决定PPC成品的3D打印性能；
第二步：将双螺杆挤出机挤出的线材通过造粒机造粒，然后通过单螺杆挤出机挤出得到线材，挤出温度90℃，螺杆转速60，线材直径1.75；
第三步：将造好的粒通过单螺杆挤出机挤出线材，冷却、收卷得到3D打印线材；
第四步：将PPC分别加入质量分数1％、3％CNC共混得到物料，经步骤二、三得到线材，线材尺寸为1.65，同时在配方润滑剂中加入PPC50份、PLA50份可使产品综合性能更优越，得到在打印过程中不容易卡线的材料；
复合材料3D打印条件范围：喷口温度80摄氏度底板温度20摄氏度喷口移动速度和进丝速度小于等于40mm/s；
该材料打印温度低，精度高，打印性能较好，同时材料发粘结块的温度比纯PPC有较大的提高，力学性能较纯PPC有很大的改善，拓宽了纯PPC的应用范围，且共混物完全生物降解。
实施例二：该用于3D打印的PPC材料制备方法，按下列步骤操作生产：
第一步：首先按照配方比例，称取物料，将PPC50g、PLA50g混合加入到双螺杆挤出机中洗车，将双螺杆挤出机清洗干净后加入剩余的物料进行双螺杆共混，同时配方严重影响PPC的熔点以此决定PPC成品的3D打印性能；
第二步：将双螺杆挤出机挤出的线材通过造粒机造粒，然后通过单螺杆挤出机挤出得到线材，挤出温度90℃，螺杆转速60，线材直径1.75；
第三步：将造好的粒通过单螺杆挤出机挤出线材，冷却、收卷得到3D打印线材；
第四步：将PPC分别加入质量分数1％、3％CNC共混得到物料，经步骤二、三得到线材，线材尺寸为1.75mm，同时在配方润滑剂中加入PPC50份、PLA50份可使产品综合性能更优越，得到在打印过程中不容易卡线的材料；
复合材料3D打印条件范围：喷口温度890摄氏度底板温度25摄氏度喷口移动速度和进丝速度小于等于90mm/s；
改材料与传统的聚乳酸(PLA)线材相比，具有室温下呈软而弱的性质，丰富了3D打印高分子材料品种，与旧PPC相比，新PPC体系中有部分结晶，新PPC的拉伸强度高于旧PPC以及新PPC能直接挤出线材用于3D打印。
该用于3D打印的PPC材料制备装置，请参阅图1-图4，包括造粒机1，造粒机1为现有结构在此不做过多赘述，造粒机1连接外部电源启动，并对线材进行造粒，造粒机1的后侧设置有收集箱6，收集箱6可以对造粒后的不合格成品进行收集，造粒机1的后侧固定连接有箱体2，箱体2的内部为中空结构，箱体2在收集箱6的上方且与之互不接触，箱体2内部的上表面固定连接有电机12，电机12为现有结构，在此不做过多赘述，电机12连接外部电源进行转动，电机12的转动端固定连接有转动盘13，电机12转动可以带动转动盘13进行转动，转动盘13的底部固定连接有传动杆15，传动杆15位于转动盘13远离圆心处，进而使转动盘13进行转动时，传动杆15可以跟随转动盘13进行偏心转动，箱体2内部的下表面开设有支撑架4，支撑架4的内部贯穿箱体2的内部并延伸至箱体2的外部，支撑架4的内部设置有传动筛分装置；
传动筛分装置包括移动槽3，移动槽3的表面与支撑架4的内部滑动连接，移动槽3可以在支撑架4的内部进行左右移动，移动槽3为倒“U”字形，移动槽3顶部固定连接有固定块16，固定块16的底部与箱体2内部的下表面滑动连接，固定块16可以在箱体2的内部进行左右滑动，同时通过固定块16与移动槽3的横向杆形成十字形，进而使固定块16与移动槽3的横向杆形成相互限制，使移动槽3在支撑架4的内部进行左右时不易滑出支撑架4的内部，同时通过移动槽3使固定块16只能在箱体2的内部进行左右移动，进而使工人可以更加方便的使用装置，进而使固定块16可以更好的对移动槽3进行传动，固定块16的顶部开设有第二滑槽14，第二滑槽14的内部与传动杆15的底部滑动连接，传动杆15可以在第二滑槽14的内部进行前后移动，移动槽3竖直杆的相对侧均固定连接有定位杆17，移动槽3两个竖直杆之间设置有合格成品箱5，合格成品箱5的底部设置有网孔，合格成品箱5可以对粒装线材进行筛分，进而使工人可以得到更多的合格物料，在一定程度上使工人的劳动强度得到降低，使工人可以更加便捷的使用装置，合格成品箱5在收集箱6的上方且与之互不接触，合格成品箱5的左右两侧开设有第一滑动槽7，定位杆17的表面与第一滑动槽7的内部滑动连接，定位杆17可以在第一滑动槽7的内部进行前后移动，移动槽3通过定位杆17与第一滑动槽7滑动连接，进而使移动槽3可以在第一滑动槽7的内部进行前后移动，同时通过第一滑动槽7与定位杆17的配合，使合格成品箱5可以随移动槽3进行移动；
电机12转动使转动盘13进行转动，进而使传动杆15跟随转动盘13进行偏心转动，使传动杆15通过第二滑槽14带动固定块16在箱体2的内部进行移动，进而实现移动槽3的左右移动，同时使合格成品箱5进行左右移动，进而使装置可以更加便捷的对成品进行筛选，使工人可以更加方便的得到合格的产品，在一定程度上使工人的劳动强度得到降低，同时使工人对物料的加工速度得到一定程度上的提升，使工人可以更加便捷的使用成品物料进行下一步加工；
造粒机1的后侧开设有第一滑槽11，第一滑槽11内部的上下表面均开设有卡槽10，两个卡槽10呈镜像形式设置在第一滑槽11内部的上下表面，两个卡槽10的内部设置有相同的结构，卡槽10的内部镶嵌有滚球9，滚球9可以在卡槽10的内部进行滚动，第一滑槽11的内部与合格成品箱5的前侧滑动连接，合格成品箱5可以在第一滑槽11的内部进行左右移动，合格成品箱5底部的前侧开设有第二滑动槽8，第二滑动槽8的表面与滚球9的表面滑动连接，滚球9可以在第二滑动槽8的内部进行左右移动，同时通过滚球9与第二滑动槽8的配合使合格成品箱5与第一滑槽11之间的摩擦力得到降低，进而使合格成品箱5可以更加顺利的在第一滑槽11的内部进行左右移动，在一定程度上减少合格成品箱5在第一滑槽11的内部进行移动时，发生卡死的情况，进而使装置可以更加顺利的对成品颗粒进行筛选，在一定程度上使物料生产的质量得到提升。
工作原理：该用于3D打印的PPC材料制备装置在使用时；
第一步：将物料放入造粒机1的内部，造粒机1来连接外部电源启动，对物料进行造粒；
第二步：电机12连接外部电源启动，电机12转动使转动盘13进行转动，进而使传动杆15跟随转动盘13进行偏心转动，使传动杆15通过第二滑槽14带动固定块16在箱体2的内部进行移动，进而实现移动槽3的左右移动，同时使合格成品箱5进行左右移动；
第三步：造粒机1生产的成品进入合格成品箱5的内部，通过滚球9与第二滑动槽8的配合使合格成品箱5与第一滑槽11之间的摩擦力得到降低，进而使合格成品箱5可以更加顺利的在第一滑槽11的内部进行左右移动，进而实现物料成品的筛分。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.用于3D打印的PPC材料制备方法，其特征在于：
(1)、按照配方比例，称取物料，同时配方严重影响PPC的熔点以此决定PPC成品的3D打印性能；
(2)、将物料放入加入双螺杆挤出机中洗车洗干净后加入双螺杆挤出机中共混，将双螺杆挤出机挤出的线材通过造粒机造粒；
(3)、将造好的粒通过单螺杆挤出机挤出线材，冷却、收卷得到3D打印线材；
(4)将PPC分别加入质量分数1％、3％CNC共混得到物料，经步骤二、三得到线材。
2.根据权利要求1所述的用于3D打印的PPC材料制备方法，其特征在于：配方润滑剂中加入PPC50份、PLA50份可使产品综合性能更优越，得到在打印过程中不容易卡线的材料。
3.该用于3D打印的PPC材料制备装置，包括造粒机(1)，所述造粒机(1)的后侧设置有收集箱(6)，其特征在于：所述造粒机(1)的后侧固定连接有箱体(2)，所述箱体(2)的内部为中空结构，所述箱体(2)内部的上表面固定连接有电机(12)，所述电机(12)的转动端固定连接有转动盘(13)，所述转动盘(13)的底部固定连接有传动杆(15)，所述箱体(2)内部的下表面开设有支撑架(4)，所述支撑架(4)的内部设置有传动筛分装置。
4.根据权利要求3所述的用于3D打印的PPC材料制备装置，其特征在于：所述传动杆(15)位于转动盘(13)远离圆心处，所述支撑架(4)的内部贯穿箱体(2)的内部并延伸至箱体(2)的外部。
5.根据权利要求3所述的用于3D打印的PPC材料制备装置，其特征在于：所述传动筛分装置包括移动槽(3)，所述移动槽(3)的表面与支撑架(4)的内部滑动连接，所述移动槽(3)为倒“U”字形，所述移动槽(3)顶部固定连接有固定块(16)，所述固定块(16)的底部与箱体(2)内部的下表面滑动连接，所述固定块(16)的顶部开设有第二滑槽(14)，所述移动槽(3)竖直杆的相对侧均固定连接有定位杆(17)，所述移动槽(3)两个竖直杆之间设置有合格成品箱(5)，所述合格成品箱(5)的底部设置有网孔，所述合格成品箱(5)的左右两侧开设有第一滑动槽(7)，所述造粒机(1)的后侧开设有第一滑槽(11)，所述第一滑槽(11)内部的上下表面均开设有卡槽(10)，所述卡槽(10)的内部镶嵌有滚球(9)，所述合格成品箱(5)底部的前侧开设有第二滑动槽(8)。
6.根据权利要求5所述的用于3D打印的PPC材料制备装置，其特征在于：所述第二滑槽(14)的内部与传动杆(15)的底部滑动连接，所述定位杆(17)的表面与第一滑动槽(7)的内部滑动连接，所述移动槽(3)通过定位杆(17)与第一滑动槽(7)滑动连接。
7.根据权利要求5所述的用于3D打印的PPC材料制备装置，其特征在于：两个所述卡槽(10)呈镜像形式设置在第一滑槽(11)内部的上下表面，两个所述卡槽(10)的内部设置有相同的结构。
8.根据权利要求5所述的用于3D打印的PPC材料制备装置，其特征在于：所述第一滑槽(11)的内部与合格成品箱(5)的前侧滑动连接。
9.根据权利要求5所述的用于3D打印的PPC材料制备装置，其特征在于：所述第二滑动槽(8)的表面与滚球(9)的表面滑动连接。
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