CN113480823A - 一种高性能抗形变3d打印材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高性能抗形变3D打印材料及其制备方法，涉及打印材料技术领域。本发明以聚丙烯酰胺、二氧化硅、二氧化钛、沸石粉组成的吸附颗粒作为载体，聚氨酯丙烯酸树脂作为胶黏固化剂，形状记忆合金颗粒作为打印材料的支撑结构，通过吸附颗粒对其进行吸附包裹，保障3D打印成品受到外力作用时，形状记忆合金发挥回复作用，不会发生形状、尺寸的明显变化，抗变形粘结助剂促进吸附颗粒与形状记忆合金颗粒之间的粘结、相容，同时会在3D打印成品的表面形成防水、强度高、硬度高、抗变形的粘结层，使得制备得到的3D打印材料具有优良的强度、硬度、耐候性和抗变形能力，尺寸稳定，适合工业化应用。

Description

一种高性能抗形变3D打印材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及打印材料技术领域，尤其涉及一种高性能抗形变3D打印材料及其制备方法。

背景技术

目前可用的3D打印材料种类已超过200种，但对应现实中纷繁复杂的应用还是远远不够的。目前3D打印材料可分为石化产品类、生物类产品、金属类产品、石灰混凝土产品等几大类。

目前在业内比较常用的3D打印材料有以下几种：1、ABS塑料类，ABS是最常用的3D打印材料，目前有多种颜色可以选择，是消费级3D打印机用户最喜爱的打印材料，比如打印玩具、创意家居饰件等；2、PLA塑料类，是另外一种常用的3D打印材料，尤其是对于消费级3D打印机来说，PLA可以降解，是一种环保的材料；3、亚克力，又叫PMMA或有机玻璃，亚克力材料表面光洁度好，可以打印出透明和半透明的产品，目前利用亚克力材质可以打出牙齿模型用于牙齿矫正的治疗；4、尼龙铝粉材料，其成品就有金属光泽，经常用于装饰品和首饰的创意产品的打印中；5、树脂，树脂是光固化成型的重要原料，可以制作中间设计过程模型，由于其成型精度高，可以作为生物模型或医用模型。

申请号201610455605.9的发明专利公开了一种高韧性3D打印石蜡成型材料，由石蜡、蜂蜡、环氧树脂、固化剂、粘度调节剂、增韧聚合物、高硬度聚合物、填充材料、染料、相转移剂等成分制备而成，在提高石蜡支撑材料的硬度和强度、减少收缩率的同时，使得石蜡支撑材料与3D打印产品截面的结合强度适中，添加增韧聚合物和高硬度聚合物，有效降低了材料的针入度和韧性，使材料性能优异。但是存在以下技术问题：1、3D打印材料的防水性能、强度、硬度、抗变形性较差，仍需要进一步改善；2、制备过程中没有对研磨混合相关工序的设备进行改进，使得3D打印材料的质量和稳定性没法保障，不适合大规模工业化应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种高性能抗形变3D打印材料及其制备方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

本发明提供了一种高性能抗变形3D打印材料，由以下重量份的成分制备而成：吸附颗粒45~68份、形状记忆合金颗粒21~35份、聚氨酯丙烯酸树脂8~17份、抗变形粘结助剂12~23份、活性稀释剂18~32份、分散剂3~10份；

所述吸附颗粒由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯酰胺25~45份、二氧化硅15~28份、二氧化钛6~15份、沸石粉3~7份；所述抗变形粘结助剂由以下重量份的原料制备而成：水性聚乙烯蜡乳液12~18份、二苯基甲烷二异氰酸酯15~22份、丙烯酸树脂18~25份、纳米硅藻土5~11份、云母粉4~8份、硬脂酸镁3~6份、聚乙烯吡咯烷酮6~11份、去离子水40~62份。

本实施例的高性能抗变形3D打印材料，以聚丙烯酰胺、二氧化硅、二氧化钛、沸石粉组成的吸附颗粒作为载体，聚氨酯丙烯酸树脂作为胶黏固化剂，形状记忆合金颗粒作为打印材料的支撑结构，通过疏松多孔、比表面积大的吸附颗粒对其进行吸附包裹，保障3D打印成品受到外力作用时，形状记忆合金发挥回复作用，不会发生形状、尺寸的明显变化，聚氨酯丙烯酸树脂给予3D打印成品高耐磨性、高剥离度和优良的耐候性、耐低温性能，抗变形粘结助剂进一步促进吸附颗粒与形状记忆合金颗粒之间的粘结、相容，同时会在3D打印成品的表面形成防水、强度高、硬度高、抗变形的粘结层，使得制备得到的3D打印材料具有优良的强度、硬度、耐候性和抗变形能力，尺寸稳定，适合工业化应用。

作为本发明进一步改进的方案，所述形状记忆合金颗粒为钛镍合金颗粒、镍锰合金颗粒、钛铂合金颗粒中的一种或多种的混合物，形状记忆合金颗粒的平均粒径为1300~1500目。

作为本发明进一步改进的方案，所述活性稀释剂为单官能团丙烯酸酯、多官能团丙烯酸酯、乙烯基类单体中的一种或多种的混合物。

作为本发明进一步改进的方案，所述分散剂为甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙烯醇、明胶、海藻胶中的一种或多种的混合物。

作为本发明进一步改进的方案，所述聚氨酯丙烯酸树脂的粘度为10000~12000cps，密度为1.1±0.1g/cm3，官能团数量为4~6个。

作为本发明进一步改进的方案，所述抗变形粘结助剂的制备方法如下：称取水性聚乙烯蜡乳液后，常温下将二苯基甲烷二异氰酸酯、丙烯酸树脂加入后搅拌均匀，然后加入去离子水、纳米硅藻土、云母粉，400~600rpm转速搅拌均匀后，升温至35~45℃，加入硬脂酸镁、聚乙烯吡咯烷酮，250~350rpm转速搅拌20~30min，得到混合反应液；混合反应液减压浓缩除去水分，30~40℃真空干燥至含水量小于3%，粉碎得到20~30目的抗变形粘结助剂。

本发明的抗变形粘结助剂，水性聚乙烯蜡乳液作为理想的表面保护剂，具有抗摩擦、抗划伤，增加爽滑性和光泽度的效果，与胶粘性、抗撕裂性优异的二苯基甲烷二异氰酸酯以及具有良好保光保色性、耐水耐化学性的丙烯酸树脂混合后，聚乙烯蜡、二苯基甲烷二异氰酸酯与丙烯酸树脂中的官能团反应形成网状结构，纳米硅藻土、云母粉对网状结构的孔隙进行填充，保持疏松多孔、吸附性好的特点，辅以硬脂酸镁的润滑功能、聚乙烯吡咯烷酮的成膜性和粘结性，使得混合反应液真空干燥、粉碎得到的抗变形粘结助剂呈现良好的成膜性、稳定性、耐水耐化学性、抗变形性能。

本发明还提供了上述高性能抗变形3D打印材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，常温下将聚丙烯酰胺、二氧化硅、二氧化钛、沸石粉混合均匀，45~55℃干燥至含水量小于0.5%，粉碎得到粒径20~30目的吸附颗粒；

步骤二，将乙醇加入到聚氨酯丙烯酸树脂中，升温至50~60℃使聚氨酯丙烯酸树脂溶解，再依次加入吸附颗粒、形状记忆合金颗粒、分散剂，添加乙醇调节粘度至200~300cp，混合搅拌均匀后送入高速混合机中，以4000~6000rpm转速高速分散3~6min，得到形状记忆合金颗粒吸附物；

步骤三，将形状记忆合金颗粒吸附物与活性稀释剂、抗变形粘结助剂从二次研磨混合装置加入，经过一次研磨、一次过筛、真空混合输送、二次研磨、二次过筛工序，得到粒径30~40目的高性能抗变形3D打印材料。

作为本发明进一步改进的方案，所述一次研磨、一次过筛、真空混合输送、二次研磨、二次过筛工序的具体过程如下：

形状记忆合金颗粒吸附物与活性稀释剂、抗变形粘结助剂从进料斗内进入，落入研磨过筛腔内，电机驱动转动轴转动，其中一个研磨辊转动，其上的研磨齿带动另一个研磨辊上的研磨齿转动，对混合物料进行一次研磨；

粒径小于20~30目的混合物料经一次过筛板过滤后向下流动，粒径大于20~30目的物料在粉体输送泵的吸引力下，经进料管、粉体输送泵、返料管进入进料斗内，经过研磨辊的持续研磨，直至粒径小于20~30目后从一次过筛板过滤落下；

一次研磨过筛后的物料落入真空混合腔室内，开启第一伺服电机，第一伺服电机驱动螺旋输送蛟龙旋转；开启真空泵后，真空泵通过真空管对真空混合腔室吸取真空，螺旋输送蛟龙对物料进行真空剪切、混合搅拌输送，促进物料之间更加充分地接触和相容混合；向加热夹套层内通入循环温水可对真空混合腔室内的物料进行加热升温，混合完全的物料从第一排料阀排出；

混合物料沿送料管落入二次研磨过筛室内后，开启第二伺服电机，第二伺服电机通过联轴器驱动主转轴转动，转板也随之转动，转板带动副转轴、副研磨块转动，主转轴带动主研磨块转动，刀齿对混合物料进行二次研磨；二次粉粹研磨后的物料进入研磨孔内，不断研磨直至粒径小于30~40目后，经二次过筛板过滤落下，得到高性能抗变形3D打印材料。

本发明的有益效果：

1、本发明高性能抗变形3D打印材料，以聚丙烯酰胺、二氧化硅、二氧化钛、沸石粉组成的吸附颗粒作为载体，聚氨酯丙烯酸树脂作为胶黏固化剂，形状记忆合金颗粒作为打印材料的支撑结构，通过疏松多孔、比表面积大的吸附颗粒对其进行吸附包裹，保障3D打印成品受到外力作用时，形状记忆合金发挥回复作用，不会发生形状、尺寸的明显变化，聚氨酯丙烯酸树脂给予3D打印成品高耐磨性、高剥离度和优良的耐候性、耐低温性能，抗变形粘结助剂促进吸附颗粒与形状记忆合金颗粒之间的粘结、相容，同时会在3D打印成品的表面形成防水、强度高、硬度高、抗变形的粘结层，使得制备得到的3D打印材料具有优良的强度、硬度、耐候性和抗变形能力，尺寸稳定，适合工业化应用。

2、本发明抗变形粘结助剂中，水性聚乙烯蜡乳液作为理想的表面保护剂，具有抗摩擦、抗划伤，增加爽滑性和光泽度的效果，与胶粘性、抗撕裂性优异的二苯基甲烷二异氰酸酯以及具有良好保光保色性、耐水耐化学性的丙烯酸树脂混合后，聚乙烯蜡、二苯基甲烷二异氰酸酯与丙烯酸树脂中的官能团反应形成网状结构，纳米硅藻土、云母粉对网状结构的孔隙进行填充，保持疏松多孔、吸附性好的特点，辅以硬脂酸镁的润滑功能、聚乙烯吡咯烷酮的成膜性和粘结性，使得抗变形粘结助剂呈现良好的成膜性、稳定性、耐水耐化学性、抗变形性能。

3、本发明3D打印材料的制备方法中，利用二次研磨混合装置实现物料的一次研磨、一次过筛、真空混合输送、二次研磨、二次过筛工序，实现3D打印材料的连续化研磨输送过筛，得到粒径均匀、质量稳定的3D打印材料，不仅提高3D打印材料的加工速率，也避免加工转运过程中氧气进入与物料发生反应，而导致物料变质、结块的现象，提高3D打印材料的质量和性能稳定性，适合大规模工业化应用。

附图说明

图1为本发明实施例中二次研磨混合装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中二次研磨机构的结构示意图；

图3为本发明实施例中主研磨块的结构示意图；

图4为本发明实施例中缓振过筛机构的结构示意图；

图5为本发明实施例中研磨板的俯视图。

附图标记：100、连续化一次研磨过筛室；110、进料斗；120、研磨过筛腔；121、研磨辊；122、研磨齿；123、转动轴；124、一次过筛板；125、进料管；126、粉体输送泵；127、返料管；200、真空混合输送室；210、真空混合腔室；211、真空管；212、真空泵；213、第一排料阀；214、加热夹套层；220、第一伺服电机；230、螺旋输送蛟龙；300、二次研磨过筛室；310、二次研磨机构；311、第二伺服电机；312、主转轴；313、联轴器；314、安装套；315、转板；316、副转轴；317、主研磨块；318、副研磨块；319、卡套；320、缓振过筛机构；321、侧固定板；322、研磨板；323、二次过筛板；324、缓振弹簧；325、活塞轴；330、送料管；340、第二排料阀；350、液压油缸；3171、研磨主体；3172、研磨刀；3173、刀齿；3221、研磨孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

实施例1

本实施例高性能抗变形3D打印材料，由以下重量份的成分制备而成：吸附颗粒56份、形状记忆合金颗粒30份、聚氨酯丙烯酸树脂14份、抗变形粘结助剂18份、活性稀释剂26份、分散剂8份；

所述吸附颗粒由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯酰胺36份、二氧化硅23份、二氧化钛11份、沸石粉6份；所述抗变形粘结助剂由以下重量份的原料制备而成：水性聚乙烯蜡乳液15份、二苯基甲烷二异氰酸酯19份、丙烯酸树脂23份、纳米硅藻土8份、云母粉7份、硬脂酸镁5份、聚乙烯吡咯烷酮10份、去离子水50份。

其中，形状记忆合金颗粒为钛镍合金颗粒，平均粒径为1300~1500目。活性稀释剂为多官能团丙烯酸酯。分散剂羟甲基纤维素。聚氨酯丙烯酸树脂的粘度为10000~12000cps，密度为1.1±0.1g/cm³，官能团数量为4~6个。

抗变形粘结助剂的制备方法如下：称取水性聚乙烯蜡乳液后，常温下将二苯基甲烷二异氰酸酯、丙烯酸树脂加入后搅拌均匀，然后加入去离子水、纳米硅藻土、云母粉，400~600rpm转速搅拌均匀后，升温至35~45℃，加入硬脂酸镁、聚乙烯吡咯烷酮，250~350rpm转速搅拌20~30min，得到混合反应液；混合反应液减压浓缩除去水分，30~40℃真空干燥至含水量小于3%，粉碎得到20~30目的抗变形粘结助剂。

如图1-5所示，本实施例高性能抗变形3D打印材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，常温下将聚丙烯酰胺、二氧化硅、二氧化钛、沸石粉混合均匀，45~55℃干燥至含水量小于0.5%，粉碎得到粒径20~30目的吸附颗粒；

步骤二，将乙醇加入到聚氨酯丙烯酸树脂中，升温至50~60℃使聚氨酯丙烯酸树脂溶解，再依次加入吸附颗粒、形状记忆合金颗粒、分散剂，添加乙醇调节粘度至200~300cp，混合搅拌均匀后送入高速混合机中，以4000~6000rpm转速高速分散3~6min，得到形状记忆合金颗粒吸附物；

步骤三，将形状记忆合金颗粒吸附物与活性稀释剂、抗变形粘结助剂从二次研磨混合装置加入，经过一次研磨、一次过筛、真空混合输送、二次研磨、二次过筛工序，得到粒径30~40目的高性能抗变形3D打印材料。

一次研磨、一次过筛、真空混合输送、二次研磨、二次过筛工序的具体过程如下：

形状记忆合金颗粒吸附物与活性稀释剂、抗变形粘结助剂从进料斗110内进入，落入研磨过筛腔120内，电机驱动转动轴123转动，其中一个研磨辊121转动，其上的研磨齿122带动另一个研磨辊121上的研磨齿122转动，对混合物料进行一次研磨；

粒径小于20~30目的混合物料经一次过筛板124过滤后向下流动，粒径大于20~30目的物料在粉体输送泵126的吸引力下，经进料管125、粉体输送泵126、返料管127进入进料斗110内，经过研磨辊121的持续研磨，直至粒径小于20~30目后从一次过筛板124过滤落下；

一次研磨过筛后的物料落入真空混合腔室210内，开启第一伺服电机220，第一伺服电机220驱动螺旋输送蛟龙230旋转；开启真空泵212后，真空泵212通过真空管211对真空混合腔室210吸取真空，螺旋输送蛟龙230对物料进行真空剪切、混合搅拌输送，促进物料之间更加充分地接触和相容混合；向加热夹套层214内通入循环温水可对真空混合腔室210内的物料进行加热升温，混合完全的物料从第一排料阀213排出；

混合物料沿送料管330落入二次研磨过筛室300内后，开启第二伺服电机311，第二伺服电机311通过联轴器313驱动主转轴312转动，转板315也随之转动，转板315带动副转轴316、副研磨块318转动，主转轴312带动主研磨块317转动，刀齿3173对混合物料进行二次研磨；二次粉粹研磨后的物料进入研磨孔3221内，不断研磨直至粒径小于30~40目后，经二次过筛板323过滤落下，得到高性能抗变形3D打印材料。

实施例2

本实施例高性能抗变形3D打印材料，由以下重量份的成分制备而成：吸附颗粒63份、形状记忆合金颗粒27份、聚氨酯丙烯酸树脂13份、抗变形粘结助剂20份、活性稀释剂28份、分散剂9份；

所述吸附颗粒由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯酰胺37份、二氧化硅23份、二氧化钛12份、沸石粉6份；所述抗变形粘结助剂由以下重量份的原料制备而成：水性聚乙烯蜡乳液15份、二苯基甲烷二异氰酸酯18份、丙烯酸树脂23份、纳米硅藻土9份、云母粉7份、硬脂酸镁5份、聚乙烯吡咯烷酮10份、去离子水58份。

其中，形状记忆合金颗粒为镍锰合金颗粒，平均粒径为1300~1500目。活性稀释剂为单官能团丙烯酸酯。分散剂为聚乙烯醇。聚氨酯丙烯酸树脂的粘度为10000~12000cps，密度为1.1±0.1g/cm³，官能团数量为4~6个。

本实施例抗变形粘结助剂的制备方法、高性能抗变形3D打印材料的制备方法与实施例1相同。

实施例3

本实施例高性能抗变形3D打印材料，由以下重量份的成分制备而成：吸附颗粒65份、形状记忆合金颗粒33份、聚氨酯丙烯酸树脂15份、抗变形粘结助剂19份、活性稀释剂27份、分散剂7份；

所述吸附颗粒由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯酰胺40份、二氧化硅26份、二氧化钛12份、沸石粉6份；所述抗变形粘结助剂由以下重量份的原料制备而成：水性聚乙烯蜡乳液18份、二苯基甲烷二异氰酸酯21份、丙烯酸树脂23份、纳米硅藻土7份、云母粉8份、硬脂酸镁6份、聚乙烯吡咯烷酮11份、去离子水60份。

其中，形状记忆合金颗粒为钛铂合金颗粒，平均粒径为1300~1500目。活性稀释剂乙烯基类单体。分散剂为海藻胶。聚氨酯丙烯酸树脂的粘度为10000~12000cps，密度为1.1±0.1g/cm³，官能团数量为4~6个。

本实施例抗变形粘结助剂的制备方法、高性能抗变形3D打印材料的制备方法与实施例1相同。

实施例4

如图1所示，本实施例提供一种二次研磨混合装置，用于3D打印材料制备过程中物料的一次研磨、一次过筛、真空混合输送、二次研磨、二次过筛工序，实现3D打印材料的连续化研磨输送过筛，得到粒径均匀、质量稳定的3D打印材料，不仅提高3D打印材料的加工速率，也避免加工转运过程中氧气进入与物料发生反应，而导致物料变质、结块的现象，提高3D打印材料的质量和性能稳定性，适合大规模工业化应用。

具体地，如图1-5所示，该二次研磨混合装置包括：连续化一次研磨过筛室100、真空混合输送室200、二次研磨过筛室300；连续化一次研磨过筛室100包括进料斗110、研磨过筛腔120，进料斗110位于研磨过筛腔120的顶部，研磨过筛腔120内设有两个相对的研磨辊121，两个研磨辊121的外围环形分布有相互啮合的研磨齿122，研磨辊121的轴心贯穿设有由电机驱动旋转的转动轴123；研磨辊121的下方设有两端固定于研磨过筛腔120内壁的一次过筛板124，一次过筛板124的筛孔尺寸为20~30目；研磨过筛腔120位于一次过筛板124的上方外壁连接有进料管125，进料管125连接有粉体输送泵126，粉体输送泵126通过返料管127延伸入进料斗110的顶部。

连续化一次研磨过筛室100的结构设计，使得液体和固体物料从进料斗110内加入后，落入研磨过筛腔120内，电机驱动转动轴123转动，其中一个研磨辊121转动，其上的研磨齿122带动另一个研磨辊121上的研磨齿122转动，对固体物料进行一次研磨；粒径小于20~30目的物料经一次过筛板124过滤后向下流动，粒径大于20~30目的物料在粉体输送泵126的吸引力下，经进料管125、粉体输送泵126、返料管127进入进料斗110内，经过研磨辊121的持续研磨，直至粒径小于20~30目后从一次过筛板124过滤落下，保持一次研磨过筛过程中的连续化以及物料粒径的均匀性。

真空混合输送室200包括真空混合腔室210、第一伺服电机220、螺旋输送蛟龙230，真空混合腔室210的一侧顶部与研磨过筛腔120的底部连通，第一伺服电机220设于真空混合腔室210的一端，螺旋输送蛟龙230设于真空混合腔室210内且其端部与第一伺服电机220的电机轴连接；真空混合腔室210远离第一伺服电机220的一侧顶部通过真空管211连接有真空泵212，真空混合腔室210远离第一伺服电机220的一侧底部设有第一排料阀213；真空混合腔室210的内壁设有加热夹套层214，加热夹套层214内通入有循环水。

真空混合输送室200的结构设计，一次研磨过筛后的物料落入真空混合腔室210内，开启第一伺服电机220，第一伺服电机220驱动螺旋输送蛟龙230旋转；开启真空泵212后，真空泵212通过真空管211对真空混合腔室210吸取真空，螺旋输送蛟龙230对物料进行真空剪切、混合搅拌输送，促进物料之间更加充分地接触和相容混合；向加热夹套层214内通入循环温水可对真空混合腔室210内的物料进行加热升温，混合完全的物料从第一排料阀213排出；该真空混合输送室200实现了物料的真空混合输送，避免空气进入使原料氧化变质，保障了3D打印材料的质量。

二次研磨过筛室300包括二次研磨机构310、缓振过筛机构320，二次研磨过筛室300通过倾斜设置的送料管330与第一排料阀213连通，二次研磨机构310和缓振过筛机构320从上至下设置于二次研磨过筛室300内；二次研磨机构310包括第二伺服电机311、主转轴312，第二伺服电机311设于二次研磨过筛室300的顶部且通过联轴器313与置于二次研磨过筛室300内的主转轴312连接；主转轴312的轴向通过安装套314安装有转板315，转板315的底部均匀分布有多个副转轴316，主转轴312的底部设有主研磨块317，副转轴316的底部设有副研磨块318，二次研磨过筛室300的底部设有第二排料阀340。

二次研磨过筛室300通过二次研磨机构310对混合物料进行二次研磨，通过缓振过筛机构320对混合物料进行二次过筛。具体地，混合物料沿送料管330落入二次研磨过筛室300内后，开启第二伺服电机311，第二伺服电机311通过联轴器313驱动主转轴312转动，转板315也随之转动，转板315带动副转轴316、副研磨块318转动，主转轴312带动主研磨块317转动；主研磨块317和多个副研磨块318通过一个电机的驱动，对混合物料进行多方位、多角度的研磨，节省电能，使得混合物料研磨的更加细密。

具体地，安装套314与主转轴312紧固配合，转板315的主体呈圆柱形，副转轴316的顶部呈T形且对称分布在转板315的底部，副转轴316的顶部通过设于转板315底部的卡套319卡合紧固。对称分布的副转轴316使得转板315的受力分布均匀，配合卡套319的卡合紧固，使得第二伺服电机311转动更加均匀，多个副研磨块318的研磨速度均匀。

主研磨块317和副研磨块318均包括圆柱状的研磨主体3171以及设于研磨主体3171下表面的若干圈研磨刀3172，研磨刀3172呈环形阵列分布，研磨刀3172的底部设有多个刀齿3173，每个刀齿3173的底部均平齐。

缓振过筛机构320包括侧固定板321、研磨板322、二次过筛板323，侧固定板321的截面呈C形且对称设于二次研磨过筛室300的内腔两侧，研磨板322一体压合于二次过筛板323的上表面，研磨板322的上表面和二次过筛板323的下表面通过缓振弹簧324弹性安装于侧固定板321内。

研磨板322的表面分布有若干圈与研磨刀3172适配的研磨孔3221，研磨孔3221呈环形且均贯穿研磨板322，二次过筛板323的筛孔尺寸为30~40目，二次过筛板323的底部通过活塞轴325连接有液压油缸350。

锋利的刀齿3173对混合物料进行二次研磨，使得混合物料的粒径更加细小，多个刀齿3173增加了对物料的二次粉碎速率，二次粉粹研磨后的物料进入研磨孔3221内，不断研磨直至粒径小于30~40目后，经二次过筛板323过滤落下；研磨过程中，缓振弹簧324能够良好地减小研磨板322、二次过筛板323产生的振动，同时液压油缸350驱动活塞轴325上下移动的过程中，能够减小研磨板322与刀齿3173间的距离，调节刀齿3173与混合物料之间的接触面积。

该二次研磨混合装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤一，将液体和固体物料从进料斗110内加入，物料落入研磨过筛腔120内，电机驱动转动轴123转动，其中一个研磨辊121转动，其上的研磨齿122带动另一个研磨辊121上的研磨齿122转动，对固体物料进行一次研磨；

粒径小于20~30目的物料经一次过筛板124过滤后向下流动，粒径大于20~30目的物料在粉体输送泵126的吸引力下，经进料管125、粉体输送泵126、返料管127进入进料斗110内，经过研磨辊121的持续研磨，直至粒径小于20~30目后从一次过筛板124过滤落下；

步骤二，一次研磨过筛后的物料落入真空混合腔室210内，开启第一伺服电机220，第一伺服电机220驱动螺旋输送蛟龙230旋转；开启真空泵212后，真空泵212通过真空管211对真空混合腔室210吸取真空，螺旋输送蛟龙230对物料进行真空剪切、混合搅拌输送，促进物料之间更加充分地接触和相容混合；向加热夹套层214内通入循环温水可对真空混合腔室210内的物料进行加热升温，混合完全的物料从第一排料阀213排出；

步骤三，混合物料沿送料管330落入二次研磨过筛室300内后，开启第二伺服电机311，第二伺服电机311通过联轴器313驱动主转轴312转动，转板315也随之转动，转板315带动副转轴316、副研磨块318转动，主转轴312带动主研磨块317转动；主研磨块317和多个副研磨块318通过一个电机的驱动，对混合物料进行多方位、多角度的研磨。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于，未添加抗变形粘结助剂。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于，未添加形状记忆合金颗粒。

性能测试

将实施例1-3、对比例1-2制备的3D打印材料通过常规的3D打印设备打印成长度10mm、宽度2mm、厚度1mm的成品，进行拉伸强度、弯曲强度、剪切强度、形状回复率的测试，具体测试结果见下表。

由上表可以看出，本发明实施例3D打印材料制备的成品，拉伸强度、弯曲强度、剪切强度均优于对比例，说明强度、硬度、抗变形能力、稳定性均优于对比例，形状回复率优于对比例，说明3D打印成品受到外力作用时，形状记忆合金发挥回复作用，不会发生形状、尺寸的明显变化。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种高性能抗变形3D打印材料，其特征在于，由以下重量份的成分制备而成：吸附颗粒45~68份、形状记忆合金颗粒21~35份、聚氨酯丙烯酸树脂8~17份、抗变形粘结助剂12~23份、活性稀释剂18~32份、分散剂3~10份；

所述吸附颗粒由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯酰胺25~45份、二氧化硅15~28份、二氧化钛6~15份、沸石粉3~7份；所述抗变形粘结助剂由以下重量份的原料制备而成：水性聚乙烯蜡乳液12~18份、二苯基甲烷二异氰酸酯15~22份、丙烯酸树脂18~25份、纳米硅藻土5~11份、云母粉4~8份、硬脂酸镁3~6份、聚乙烯吡咯烷酮6~11份、去离子水40~62份。

2.根据权利要求1所述的一种高性能抗变形3D打印材料，其特征在于，所述形状记忆合金颗粒为钛镍合金颗粒、镍锰合金颗粒、钛铂合金颗粒中的一种或多种的混合物，形状记忆合金颗粒的平均粒径为1300~1500目。

3.根据权利要求1所述的一种高性能抗变形3D打印材料，其特征在于，所述活性稀释剂为单官能团丙烯酸酯、多官能团丙烯酸酯、乙烯基类单体中的一种或多种的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种高性能抗变形3D打印材料，其特征在于，所述分散剂为甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙烯醇、明胶、海藻胶中的一种或多种的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种高性能抗变形3D打印材料，其特征在于，所述聚氨酯丙烯酸树脂的粘度为10000~12000cps，密度为1.1±0.1g/cm³，官能团数量为4~6个。

6.根据权利要求1所述的一种高性能抗变形3D打印材料，其特征在于，所述抗变形粘结助剂的制备方法如下：称取水性聚乙烯蜡乳液后，常温下将二苯基甲烷二异氰酸酯、丙烯酸树脂加入后搅拌均匀，然后加入去离子水、纳米硅藻土、云母粉，400~600rpm转速搅拌均匀后，升温至35~45℃，加入硬脂酸镁、聚乙烯吡咯烷酮，250~350rpm转速搅拌20~30min，得到混合反应液；混合反应液减压浓缩除去水分，30~40℃真空干燥至含水量小于3%，粉碎得到20~30目的抗变形粘结助剂。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的高性能抗变形3D打印材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，常温下将聚丙烯酰胺、二氧化硅、二氧化钛、沸石粉混合均匀，45~55℃干燥至含水量小于0.5%，粉碎得到粒径20~30目的吸附颗粒；

步骤二，将乙醇加入到聚氨酯丙烯酸树脂中，升温至50~60℃使聚氨酯丙烯酸树脂溶解，再依次加入吸附颗粒、形状记忆合金颗粒、分散剂，添加乙醇调节粘度至200~300cp，混合搅拌均匀后送入高速混合机中，以4000~6000rpm转速高速分散3~6min，得到形状记忆合金颗粒吸附物；

步骤三，将形状记忆合金颗粒吸附物与活性稀释剂、抗变形粘结助剂从二次研磨混合装置加入，经过一次研磨、一次过筛、真空混合输送、二次研磨、二次过筛工序，得到粒径30~40目的高性能抗变形3D打印材料。

8.根据权利要求7所述的高性能抗变形3D打印材料的制备方法，其特征在于，所述一次研磨、一次过筛、真空混合输送、二次研磨、二次过筛工序的具体过程如下：

形状记忆合金颗粒吸附物与活性稀释剂、抗变形粘结助剂从进料斗（110）内进入，落入研磨过筛腔（120）内，电机驱动转动轴（123）转动，其中一个研磨辊（121）转动，其上的研磨齿（122）带动另一个研磨辊（121）上的研磨齿（122）转动，对混合物料进行一次研磨；

粒径小于20~30目的混合物料经一次过筛板（124）过滤后向下流动，粒径大于20~30目的物料在粉体输送泵（126）的吸引力下，经进料管（125）、粉体输送泵（126）、返料管（127）进入进料斗（110）内，经过研磨辊（121）的持续研磨，直至粒径小于20~30目后从一次过筛板（124）过滤落下；

一次研磨过筛后的物料落入真空混合腔室（210）内，开启第一伺服电机（220），第一伺服电机（220）驱动螺旋输送蛟龙（230）旋转；开启真空泵（212）后，真空泵（212）通过真空管（211）对真空混合腔室（210）吸取真空，螺旋输送蛟龙（230）对物料进行真空剪切、混合搅拌输送，促进物料之间更加充分地接触和相容混合；向加热夹套层（214）内通入循环温水可对真空混合腔室（210）内的物料进行加热升温，混合完全的物料从第一排料阀（213）排出；

混合物料沿送料管（330）落入二次研磨过筛室（300）内后，开启第二伺服电机（311），第二伺服电机（311）通过联轴器（313）驱动主转轴（312）转动，转板（315）也随之转动，转板（315）带动副转轴（316）、副研磨块（318）转动，主转轴（312）带动主研磨块（317）转动，刀齿（3173）对混合物料进行二次研磨；二次粉粹研磨后的物料进入研磨孔（3221）内，不断研磨直至粒径小于30~40目后，经二次过筛板（323）过滤落下，得到高性能抗变形3D打印材料。

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