CN113583413A - 一种具有金属光泽的3d打印耗材及其制备方法 - Google Patents

一种具有金属光泽的3d打印耗材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有金属光泽的3D打印耗材及其制备方法，属于3D打印用材料及其制备方法技术领域，本发明的具有金属光泽的3D打印耗材由PLA、ABS树脂、金属粉末、珠光颜料和抗氧化剂通过粉碎、密炼和两次挤出制备而成，本发明以为PLA和ABS树脂为树脂体系，使得金属光泽的3D打印耗材韧性较好，在此基础上添加金属粉末和珠光颜料增加其金属光泽，同时通过抗氧化剂的添加保持其金属光泽，所得到的所制备得到的3D打印耗材具有较好的金属光泽，而且其金属光泽的效果不会脱落、退色，即使3D打印耗材的表面被擦伤、磨损，其内部也依然具有金属光泽。

Description

一种具有金属光泽的3D打印耗材及其制备方法
技术领域
本发明涉及3D打印用材料及其制备方法技术领域，尤其涉及一种具有金属光泽的3D打印耗材及其制备方法。
背景技术
3D打印是一种新兴的快速成型技术，以计算机三维设计模型为蓝本，利用激光烧结，加热熔融等方式将金属、陶瓷粉末或聚合物等材料，通过计算机数字软件程序控制，逐层堆积粘结成型，从而制造出实体产品。3D打印简单来说，可以看作是2D打印技术在空间上的叠加。使用固体粉末或聚合物熔体等材料作为打印“油墨”，通过计算机建模设计，精确控制产品的精度和尺寸。这种打印技术相比于传统的成型技术，不需要复杂的模具和工艺，设备小巧，程序由计算机控制，操作简便，因而受到的关注越来越多，逐渐在生物、医学、建筑、航空等领域开拓了广阔的应用空间，尤其适合小批量，个性化，结构复杂的中空部件。
PLA为聚乳酸，又称聚丙交酯，是以乳酸为主要原料聚合得到的聚酯类聚合物，是一种新型的生物降解材料，其热稳定性好，加工温度170～230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好。
ABS树脂是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体的三元共聚物，三种单体相对含量可任意变化，制成各种树脂，ABS树脂塑料兼有三种组元的共同性能，A使其耐化学腐蚀、耐热，并有一定的表面硬度，B使其具有高弹性和韧性，S使其具有热塑性塑料的加工成型特性并改善电性能。因此ABS树脂塑料是一种原料易得、综合性能良好、价格便宜、用途广泛的“坚韧、质硬、刚性”材料。ABS树脂在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造工业及化工中获得了广泛的应用。
如果单一的聚乳酸材料较脆，韧性差，效果单一，若加入大量加入金属粉或金属颜料则会使聚乳酸耗材更脆，易于开裂，难以实现最终的效果或用途。
发明内容
本发明提供一种具有金属光泽的3D打印耗材及其制备方法，以解决现有技术中3D打印耗材较脆，韧性差，效果单一，且不具有金属光泽的技术问题。
本发明实施例采用下述技术方案：一种具有金属光泽的3D打印耗材，其技术点在于：按重量份数计，由以下组分组成：20-30重量份的PLA、10-20 重量份的ABS树脂、3-10重量份的金属粉末、2-10重量份的珠光颜料和1-3 重量份的抗氧化剂。
在本发明的有的实施例中，上述的具有金属光泽的3D打印耗材配方体系中金属粉末为铁粉、镍粉、锌粉、铅粉、银粉和铝粉中的至少一种。
在本发明的有的实施例中，上述的具有金属光泽的3D打印耗材配方体系中金属粉末为粗金属粉末和细金属粉末的混合物，所述粗金属粉末和细金属粉末的重量比为1：(1-3)。
在本发明的有的实施例中，上述的具有金属光泽的3D打印耗材配方体系中粗金属粉末的中值粒径为0.3-0.8mm。
在本发明的有的实施例中，上述的具有金属光泽的3D打印耗材配方体系中细金属粉末的中值粒径为100-200μm。
在本发明的有的实施例中，上述的具有金属光泽的3D打印耗材配方体系中珠光颜料为无机基材珠光颜料或者云母基材珠光颜料中的至少一种。
在本发明的有的实施例中，上述的具有金属光泽的3D打印耗材配方体系中无机基材珠光颜料为氯化高汞、碱式碳酸铅、酸式砷酸铅、酸式磷酸铅和氢氧化铋中的至少一种。
在本发明的有的实施例中，上述的具有金属光泽的3D打印耗材配方体系中抗氧化剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯和叔丁基对苯二酚中的至少一种。
本发明的第二个目的在于提供一种具有金属光泽的3D打印耗材的制备方法，其技术点在于：包括以下步骤：
步骤一，将PLA和ABS树脂分别经锤击式粉碎机粉碎成粉状，粉末粒径控制在30-80目，分别制得PLA粉和ABS树脂粉；
步骤二，将步骤一制备得到的PLA粉、ABS树脂粉、金属粉末、珠光颜料和抗氧化剂置于密炼机中，在100-120℃下混炼30-40min，然后，再放入恒温干燥箱中于80-100℃下干燥2-4h，制得混合物A；
步骤三，将步骤二制得的混合物A用双螺杆挤出机共混挤出造粒，得到直径为2-3mm、长度为6-8mm的混合物B；挤出过程螺杆转速控制在40-60rmp，温度控制在230-300℃，进料口压力为70-80MPa，出料口压力为70-80MPa；
步骤四，将步骤三制得的混合物B用双螺杆挤出机再次进行挤出，挤出的混合物C经冷却后由缠绕机收集，通过调整牵引力和牵引速度，将挤出物直径控制在1-1.5mm，即制得具有金属光泽的3D打印耗材。
本发明实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本发明的具有金属光泽的3D打印耗材由PLA、ABS树脂、金属粉末、珠光颜料和抗氧化剂通过粉碎、密炼和两次挤出制备而成，本发明以为PLA和 ABS树脂为树脂体系，使得金属光泽的3D打印耗材韧性较好，在此基础上添加金属粉末和珠光颜料增加其金属光泽，同时通过抗氧化剂的添加保持其金属光泽，所得到的所制备得到的3D打印耗材具有较好的金属光泽，而且其金属光泽的效果不会脱落、退色，即使3D打印耗材的表面被擦伤、磨损，其内部也依然具有金属光泽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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1
本实施例的一种具有金属光泽的3D打印耗材包括25kg的PLA、15重量份的ABS树脂、6kg的金属粉末、6kg的珠光颜料和2kg的抗氧化剂。
其中，金属粉末为铁粉。
其中，铁粉为粗金铁粉和细铁粉的混合物，所述粗铁粉和细铁粉的重量比为1：2。
其中，粗铁粉的中值粒径为0.5mm。
其中，细铁粉的中值粒径为150μm。
其中，珠光颜料为无机基材珠光颜料。
其中，无机基材珠光颜料为氯化高汞。
其中，抗氧化剂为丁基羟基茴香醚。
根据上述配方，本实施例的一种具有金属光泽的3D打印耗材的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将PLA和ABS树脂分别经锤击式粉碎机粉碎成粉状，粉末粒径控制在55目，分别制得PLA粉和ABS树脂粉；
步骤二，将步骤一制备得到的PLA粉、ABS树脂粉、金属粉末、珠光颜料和抗氧化剂置于密炼机中，在110℃下混炼35min，然后，再放入恒温干燥箱中于90℃下干燥3h，制得混合物A；
步骤三，将步骤二制得的混合物A用双螺杆挤出机共混挤出造粒，得到直径为2.5mm、长度为7mm的混合物B；挤出过程螺杆转速控制在50rmp，温度控制在250℃，进料口压力为75MPa，出料口压力为75MPa；
步骤四，将步骤三制得的混合物B用双螺杆挤出机再次进行挤出，挤出的混合物C经冷却后由缠绕机收集，通过调整牵引力和牵引速度，将挤出物直径控制在1.25mm，即制得具有金属光泽的3D打印耗材。
实施例2
本实施例的一种具有金属光泽的3D打印耗材包括20kg的PLA、10重量份的ABS树脂、3kg的金属粉末、2kg的珠光颜料和1kg的抗氧化剂。
其中，金属粉末为镍粉。
其中，镍粉为粗镍粉和细镍粉的混合物，所述粗镍粉和细镍粉的重量比为 1：1。
其中，粗金属粉末的中值粒径为0.3mm。
其中，细金属粉末的中值粒径为100μm。
其中，珠光颜料为无机基材珠光颜料。
其中，无机基材珠光颜料为碱式碳酸铅。
其中，抗氧化剂为二丁基羟基甲苯。
根据上述配方，本实施例的一种具有金属光泽的3D打印耗材的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将PLA和ABS树脂分别经锤击式粉碎机粉碎成粉状，粉末粒径控制在30目，分别制得PLA粉和ABS树脂粉；
步骤二，将步骤一制备得到的PLA粉、ABS树脂粉、金属粉末、珠光颜料和抗氧化剂置于密炼机中，在100℃下混炼30min，然后，再放入恒温干燥箱中于80℃下干燥2h，制得混合物A；
步骤三，将步骤二制得的混合物A用双螺杆挤出机共混挤出造粒，得到直径为2mm、长度为6mm的混合物B；挤出过程螺杆转速控制在40rmp，温度控制在230℃，进料口压力为70MPa，出料口压力为70MPa；
步骤四，将步骤三制得的混合物B用双螺杆挤出机再次进行挤出，挤出的混合物C经冷却后由缠绕机收集，通过调整牵引力和牵引速度，将挤出物直径控制在1mm，即制得具有金属光泽的3D打印耗材。
实施例3
本实施例的一种具有金属光泽的3D打印耗材包括30kg的PLA、20重量份的ABS树脂、10kg的金属粉末、10kg的珠光颜料和3kg的抗氧化剂。
其中，金属粉末为锌粉。
其中，锌粉为粗锌粉和细锌粉的混合物，所述粗锌粉和细锌粉的重量比为 1：3。
其中，粗金属粉末的中值粒径为0.8mm。
其中，细金属粉末的中值粒径为200μm。
其中，珠光颜料为云母基材珠光颜料。
其中，抗氧化剂为叔丁基对苯二酚。
根据上述配方，本实施例的一种具有金属光泽的3D打印耗材的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将PLA和ABS树脂分别经锤击式粉碎机粉碎成粉状，粉末粒径控制在80目，分别制得PLA粉和ABS树脂粉；
步骤二，将步骤一制备得到的PLA粉、ABS树脂粉、金属粉末、珠光颜料和抗氧化剂置于密炼机中，在120℃下混炼40min，然后，再放入恒温干燥箱中于100℃下干燥4h，制得混合物A；
步骤三，将步骤二制得的混合物A用双螺杆挤出机共混挤出造粒，得到直径为3mm、长度为8mm的混合物B；挤出过程螺杆转速控制在60rmp，温度控制在300℃，进料口压力为80MPa，出料口压力为80MPa；
步骤四，将步骤三制得的混合物B用双螺杆挤出机再次进行挤出，挤出的混合物C经冷却后由缠绕机收集，通过调整牵引力和牵引速度，将挤出物直径控制在1.5mm，即制得具有金属光泽的3D打印耗材。
实验例
将实施例1-3制备得到的具有金属光泽的3D打印耗材和市面上购买的 Stratasys公司的PLA 3D打印耗材(对比例)进行性能测试，测试结果见表1。
表1
Figure BDA0003216491670000071
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种具有金属光泽的3D打印耗材，其特征在于：按重量份数计，由以下组分组成：20-30重量份的PLA、10-20重量份的ABS树脂、3-10重量份的金属粉末、2-10重量份的珠光颜料和1-3重量份的抗氧化剂。
2.根据权利要求1所述的一种具有金属光泽的3D打印耗材，其特征在于：所述金属粉末为铁粉、镍粉、锌粉、铅粉、银粉和铝粉中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种具有金属光泽的3D打印耗材，其特征在于：所述金属粉末为粗金属粉末和细金属粉末的混合物，所述粗金属粉末和细金属粉末的重量比为1：(1-3)。
4.根据权利要求3所述的一种具有金属光泽的3D打印耗材，其特征在于：所述粗金属粉末的中值粒径为0.3-0.8mm。
5.根据权利要求3所述的一种具有金属光泽的3D打印耗材，其特征在于：所述细金属粉末的中值粒径为100-200μm。
6.根据权利要求1所述的一种具有金属光泽的3D打印耗材，其特征在于：所述珠光颜料为无机基材珠光颜料或者云母基材珠光颜料中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的一种具有金属光泽的3D打印耗材，其特征在于：所述无机基材珠光颜料为氯化高汞、碱式碳酸铅、酸式砷酸铅、酸式磷酸铅和氢氧化铋中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种具有金属光泽的3D打印耗材，其特征在于：所述抗氧化剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯和叔丁基对苯二酚中的至少一种。
9.一种具有金属光泽的3D打印耗材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，将PLA和ABS树脂分别经锤击式粉碎机粉碎成粉状，粉末粒径控制在30-80目，分别制得PLA粉和ABS树脂粉；
步骤二，将步骤一制备得到的PLA粉、ABS树脂粉、金属粉末、珠光颜料和抗氧化剂置于密炼机中，在100-120℃下混炼30-40min，然后，再放入恒温干燥箱中于80-100℃下干燥2-4h，制得混合物A；
步骤三，将步骤二制得的混合物A用双螺杆挤出机共混挤出造粒，得到直径为2-3mm、长度为6-8mm的混合物B；挤出过程螺杆转速控制在40-60rmp，温度控制在230-300℃，进料口压力为70-80MPa，出料口压力为70-80MPa；
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