CN117165097A - 一种3d打印竹木耗材及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印竹木耗材及其制备工艺，涉及3D打印耗材技术领域；为了解决现有技术中3D打印耗材的不足问题；该竹木耗材，包括以下重量组成分：主材料50‑90份、辅材料8‑40份、配料15‑30份、助剂3‑15份，所述主材料由质量比为6‑9：1‑3的竹料和木质料组成。该竹木耗材的制备工艺，包括如下步骤：按照重量组称取各个配方组分，备用；先将主材料和辅材料搅拌均匀，然后以多次少量的方式加入配料兑和，最后加入助剂混合充分，得到混合物。本发明于各种环境下使用其性能均稳定，而且生产的3D打印制件可降解，较为环保，不会对环境和人体造成危害，质地细腻，不会产生封堵打印头情况。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印耗材技术领域，尤其涉及一种3D打印竹木耗材及其制备工艺。
背景技术
3D打印是一种计算机辅助制造(CAM)，可以通过计算机辅助设计(CAD)生产实体产品，与减材、连接、成型等传统制造方法相比，3D打印技术提供了低成本的定制产品和高效的原材料利用。3D打印有多种技术种类，如SLS、SLA和FDM等，3D打印技术的兴起和发展离不开3D打印材料的发展，对3D打印来说耗材是打印是否成功的重要因素。根据3D打印的原理，在理论上，只要使用与模型相同的耗材，就能打印出和模型几平模一样的东西，而且每种打印技术的打印材料都是不一样的，如SLM常用的打印材料是金属粉末，而SLA通常用光敏树脂，FDM采用的材料比较广泛，如ABS塑料、PLA塑料等。
目前，比较普及的3D打印耗材包括PLA塑料、ABS塑料、尼龙铝粉材料、人造橡胶、铸造蜡和聚酯热塑性塑料等，然而这类塑性材料在高温熔融条件下，性能不稳定，容易发生氧化分解等化学反应，放出难闻、有毒气体，会对环境和人体造成危害。基于此，我们提出了一种3D打印竹木耗材及其制备工艺。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种3D打印竹木耗材及其制备工艺。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种3D打印竹木耗材，包括以下重量组成分：主材料50-90份、辅材料8-40份、配料15-30份、助剂3-15份，所述主材料由质量比为6-9：1-3的竹料和木质料组成，所述竹料为竹纤维粉、竹浆中的一种，所述木质料为木粉、木浆中的一种；
所述辅材料为金属、石材、混凝土、沙子、陶瓷、石膏、蜡、玻璃纤维、银纤维、塑料、橡胶、塑竹、塑木、藤类、稻壳、秸秆中的一种或两种及以上混合；
所述配料包括质量比为0.8：2：1.5的PP、PLA和PHA；
所述助剂包括以下重量组成分：润滑剂0.5-01份、增容剂0.5-1份、稳定剂0.1-0.5份、增塑剂0.7-1.5份、填料0.1-0.5份、食用胶0.01-0.2份、树胶0.02-0.5份、颜料0.1-0.3份。
优选地：所述辅材料为粉末状，辅材料的粒径为50-120μm。
优选地：所述颜料为有机颜料或无机颜料。
一种3D打印竹木耗材的制备工艺，包括如下步骤：
S1：按照重量组称取各个配方组分，备用；
S2：先将主材料和辅材料搅拌均匀，然后以多次少量的方式加入配料兑和，最后加入助剂混合充分，得到混合物；
S3：将混合物加入双螺杆机中，经150-200℃融解耦合挤出后，得到粒状物；
S4：将粒状物铺散分开，并转至干燥室内烘干至含水率≤0.5％；
S5：把干燥后的粒状物投至拉丝机中，熔融挤出后拉丝成型，得到长条丝；
S6：将得到的长条丝直接进行水冷浸泡定型；
S7：将长条丝置入牵引机中通过牵引拉力生产所需直径的丝材；
S8：利用收卷机将所得丝材进行收卷包装。
优选地：所述粒状物的挤出温度为200-230℃，粒状物的粒径为0.1-0.5mm。
优选地：所述烘干的温度为70-95℃。
优选地：所述粒状物的熔融温度为190-260℃；
所述长条丝的挤出温度为210-300℃。
优选地：所述水冷的温度为5-15℃。
优选地：所述丝材的截面形状为方形、条形、三角形或圆形；
所述丝材的直径为1.55-1.85mm。
本发明的有益效果为：
1.本发明以竹子、木材作为主要原料制备3D打印耗材，由于竹子成长周期快，辅以辅材料、配料、助剂等制得的成品，在通过竹木本身具备的综合物理性能保证3D打印制件质量的同时，能够使得3D打印制件的综合化学性能得到提升，使得3D打印制件的透气性、耐磨性、耐高低温、阻燃、耐酸碱、防霉变抗菌性能、抗老化和耐折性等多方面得到优化，于各种环境下使用其性能均稳定，而且生产的3D打印制件可降解，较为环保，不会对环境和人体造成危害，质地细腻，不会产生封堵打印头情况，能够保证所制备3D打印制件的美观度。
2.本发明原料易得，制备工艺简单，使得加工成本低，而且制得的3D打印制件能够二次加工，如可进行钉、钻、刨、雕、粘、上漆等，故而可代替其他生长周期慢且不可再生资源进行使用。
附图说明
图1为本发明提出的一种3D打印竹木耗材的制备工艺的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
实施例1：
一种3D打印竹木耗材，包括以下重量组成分：主材料50-90份、辅材料8-40份、配料15-30份、助剂3-15份；
进一步的，所述主材料由质量比为6-9：1-3的竹料和木质料组成；
优选的，所述木质料的品种为松树、杨树、柳树、桦木、雪松、橡树皮、乌木和橄榄树等中的一种或两种及以上混合。
进一步优选的，所述竹料为竹纤维粉、竹浆等中的一种。
进一步优选的，所述木质料为木粉、木浆等中的一种。
进一步的，所述辅材料为金属、石材、混凝土、沙子、陶瓷、石膏、蜡、玻璃纤维、银纤维、塑料、橡胶、塑竹、塑木、藤类、稻壳、秸秆等中的一种或两种及以上混合。
优选的，辅材料为粉末状，辅材料的粒径为50-120μm。
优选的，所述金属为金、银、铜、铝、钛和不锈钢等中的一种或两种及以上混合。
进一步的，所述配料包括质量比为0.8：2：1.5的PP、PLA和PHA。
进一步的，所述助剂包括以下重量组成分：润滑剂0.5-01份、增容剂0.5-1份、稳定剂0.1-0.5份、增塑剂0.7-1.5份、填料0.1-0.5份、食用胶0.01-0.2份、树胶0.02-0.5份、颜料0.1-0.3份。
优选的，所述颜料为有机颜料或无机颜料，有机颜料包括酞青红、酞青蓝、酞青绿、耐晒大红、大分子红、大分子黄等；无机颜料包括白粉、炭黑、黄及群青等。
本实施例在使用时，以竹子、木材作为主要原料制备3D打印耗材，由于竹子成长周期快，辅以辅材料、配料、助剂等制得的成品，在通过竹木本身具备的综合物理性能保证3D打印制件质量的同时，能够使得3D打印制件的综合化学性能得到提升，使得3D打印制件的透气性、耐磨性、耐高低温、阻燃、耐酸碱、防霉变抗菌性能、抗老化和耐折性等多方面得到优化，于各种环境下使用其性能均稳定，而且生产的3D打印制件可降解，较为环保，不会对环境和人体造成危害，质地细腻，不会产生封堵打印头情况，能够保证所制备3D打印制件的美观度。
实施例2：
一种实施例1所述3D打印竹木耗材的制备工艺，如图1所示，包括如下步骤：
S1：按照重量组称取各个配方组分，备用；
S2：先将主材料和辅材料搅拌均匀，然后以多次少量的方式加入配料兑和，最后加入助剂混合充分，得到混合物；
S3：将混合物加入双螺杆机中，经150-200℃融解耦合挤出后，得到粒状物；
优选的，所述粒状物的挤出温度为200-230℃。
优选的，粒状物的粒径为0.1-0.5mm。
S4：将粒状物铺散分开，并转至干燥室内烘干至含水率≤0.5％；
优选的，烘干温度为70-95℃。
S5：把干燥后的粒状物投至拉丝机中，熔融挤出后拉丝成型，得到长条丝；
优选的，所述粒状物的熔融温度为190-260℃；
优选的，所述长条丝的挤出温度为210-300℃；
S6：将得到的长条丝直接进行水冷浸泡定型；
优选的，所述水冷的温度为5-15℃。
S7：将长条丝置入牵引机中通过牵引拉力生产所需直径的丝材；
优选的，所述丝材的截面形状可为方形、条形、三角形或圆形等中的一种；
优选的，所述丝材的直径为1.55-1.85mm，±误差为0.05mm。
S8：利用收卷机将所得丝材进行收卷包装即可。
优选的，本实施例中所述主材料为粒径0.015-0.05mm的竹纤维粉以及粒径1-50μm的木粉。
本实施例在使用时，原料易得，制备工艺简单，使得加工成本低，而且制得的3D打印制件能够二次加工，如可进行钉、钻、刨、雕、粘、上漆等，故而可代替其他生长周期慢且不可再生资源进行使用。利用本实施例所得丝材打印3D制件时，连续使用500h，未出现堵头情况，将所得制件置于湿度70％的环境中60d，测试制件中的霉菌存活含量＜0.3％，表面未起泡，无霉点。
实施例3：
一种实施例2所述3D打印竹木耗材的制备工艺，如图1所示，本实施例在实施例2的基础上做出以下改进：本实施例中所述主材料为粒径0.015-0.05mm的竹纤维粉。
本实施例在使用时，原料易得，制备工艺简单，使得加工成本低，而且制得的3D打印制件能够二次加工，如可进行钉、钻、刨、雕、粘、上漆等，故而可代替其他生长周期慢且不可再生资源进行使用。利用本实施例所得丝材打印3D制件时，连续使用500h，未出现堵头情况，将所得制件置于湿度70％的环境中60d，测试制件中的霉菌存活含量＜0.4％，表面未起泡，无霉点。
实施例4：
一种实施例2所述3D打印竹木耗材的制备工艺，如图1所示，本实施例在实施例2的基础上做出以下改进：本实施例中所述主材料为粒径1-50μm的木粉。
本实施例在使用时，原料易得，制备工艺简单，使得加工成本低，而且制得的3D打印制件能够二次加工，如可进行钉、钻、刨、雕、粘、上漆等，故而可代替其他生长周期慢且不可再生资源进行使用。利用本实施例所得丝材打印3D制件时，连续使用450h，未出现堵头情况，将所得制件置于湿度70％的环境中60d，测试制件中的霉菌存活含量＜0.5％，表面未起泡，无霉点。
实施例5：
一种实施例2所述3D打印竹木耗材的制备工艺，如图1所示，本实施例在实施例2的基础上做出以下改进：本实施例中所述主材料为尺寸0.3-1mm的竹浆。
本实施例在使用时，原料易得，制备工艺简单，使得加工成本低，而且制得的3D打印制件能够二次加工，如可进行钉、钻、刨、雕、粘、上漆等，故而可代替其他生长周期慢且不可再生资源进行使用。利用本实施例所得丝材打印3D制件时，连续使用350h，未出现堵头情况，将所得制件置于湿度70％的环境中60d，测试制件中的霉菌存活含量＜0.35％，表面未起泡，无霉点。
实施例6：
一种实施例2所述3D打印竹木耗材的制备工艺，如图1所示，本实施例在实施例2的基础上做出以下改进：本实施例中所述主材料为尺寸0.8-1.1mm的木浆。
本实施例在使用时，原料易得，制备工艺简单，使得加工成本低，而且制得的3D打印制件能够二次加工，如可进行钉、钻、刨、雕、粘、上漆等，故而可代替其他生长周期慢且不可再生资源进行使用。利用本实施例所得丝材打印3D制件时，连续使用300h，未出现堵头情况，将所得制件置于湿度70％的环境中60d，测试制件中的霉菌存活含量＜0.5％，表面未起泡，无霉点。
实施例7：
一种实施例2所述3D打印竹木耗材的制备工艺，如图1所示，本实施例在实施例2的基础上做出以下改进：本实施例中所述主材料为尺寸0.3-1mm的竹浆和尺寸0.8-1.1mm的木浆。
本实施例在使用时，原料易得，制备工艺简单，使得加工成本低，而且制得的3D打印制件能够二次加工，如可进行钉、钻、刨、雕、粘、上漆等，故而可代替其他生长周期慢且不可再生资源进行使用。利用本实施例所得丝材打印3D制件时，连续使用350h，未出现堵头情况，将所得制件置于湿度70％的环境中60d，测试制件中的霉菌存活含量＜0.3％，表面未起泡，无霉点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种3D打印竹木耗材，包括以下重量组成分：主材料50-90份、辅材料8-40份、配料15-30份、助剂3-15份，其特征在于，所述主材料由质量比为6-9：1-3的竹料和木质料组成，所述竹料为竹纤维粉、竹浆中的一种，所述木质料为木粉、木浆中的一种；
所述辅材料为金属、石材、混凝土、沙子、陶瓷、石膏、蜡、玻璃纤维、银纤维、塑料、橡胶、塑竹、塑木、藤类、稻壳、秸秆中的一种或两种及以上混合；
所述配料包括质量比为0.8：2：1.5的PP、PLA和PHA；
所述助剂包括以下重量组成分：润滑剂0.5-01份、增容剂0.5-1份、稳定剂0.1-0.5份、增塑剂0.7-1.5份、填料0.1-0.5份、食用胶0.01-0.2份、树胶0.02-0.5份、颜料0.1-0.3份。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印竹木耗材，其特征在于，所述辅材料为粉末状，辅材料的粒径为50-120μm。
3.根据权利要求2所述的一种3D打印竹木耗材，其特征在于，所述颜料为有机颜料或无机颜料。
4.一种3D打印竹木耗材的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1：按照重量组称取各个配方组分，备用；
S2：先将主材料和辅材料搅拌均匀，然后以多次少量的方式加入配料兑和，最后加入助剂混合充分，得到混合物；
S3：将混合物加入双螺杆机中，经150-200℃融解耦合挤出后，得到粒状物；
S4：将粒状物铺散分开，并转至干燥室内烘干至含水率≤0.5％；
S5：把干燥后的粒状物投至拉丝机中，熔融挤出后拉丝成型，得到长条丝；
S6：将得到的长条丝直接进行水冷浸泡定型；
S7：将长条丝置入牵引机中通过牵引拉力生产所需直径的丝材；
S8：利用收卷机将所得丝材进行收卷包装。
5.根据权利要求4所述的一种3D打印竹木耗材的制备工艺，其特征在于，所述粒状物的挤出温度为200-230℃，粒状物的粒径为0.1-0.5mm。
6.根据权利要求5所述的一种3D打印竹木耗材的制备工艺，其特征在于，所述烘干的温度为70-95℃。
7.根据权利要求6所述的一种3D打印竹木耗材的制备工艺，其特征在于，所述粒状物的熔融温度为190-260℃；
所述长条丝的挤出温度为210-300℃。
8.根据权利要求7所述的一种3D打印竹木耗材的制备工艺，其特征在于，所述水冷的温度为5-15℃。
9.根据权利要求8所述的一种3D打印竹木耗材的制备工艺，其特征在于，所述丝材的截面形状为方形、条形、三角形或圆形；
所述丝材的直径为1.55-1.85mm。
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