CN118085522A - 含茶叶渣的复合3d打印材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及3D材料技术领域，尤其涉及一种含茶叶渣的复合3D打印材料及其制备方法与应用。提供的含茶叶渣的复合3D打印材料，包括重量百分含量为70～95％的树脂基体以及重量百分含量为5～30％的茶叶渣；确保得到的复合3D打印材料具有较高的抗拉强度并保持一定的韧性，使含茶叶渣的复合3D打印材料能够良好地满足FDM 3D打印的相关技术要求，在进行FDM 3D打印时的打印成功率高；因此，提供的含茶叶渣的复合3D打印材料一方面实现对茶叶渣的高增值回收，并且有利于保护环境、降低成本；另一方面能够更好的满足日常3D打印的功能需求，打印制品的综合性能优异，应用范围广泛。
Description
技术领域
本申请属于3D材料技术领域，尤其涉及一种含茶叶渣的复合3D打印材料及其制备方法与应用。
背景技术
茶是人们日常主要饮品之一，流行于亚洲和欧美各地。每制造一吨的茶饮品将产生大概20公斤的茶叶渣，而全球每年制造的茶叶渣量大概为3千万吨。茶叶渣含有丰富的木质纤维素，这种天然有机纤维材料具有坚韧的结构，存在于广泛植物中并提供巨大的支持作用。目前茶叶渣的处理一般依赖于堆填和焚烧，这些方法无法达到高效资源利用而且还会增加碳排放，因此，急需要透过科技研发来实现茶叶渣的回收以及高增值利用。
三维(3D)打印，也称为增材制造(Additive Manufacturing)，突破了传统制造方法的限制，能够实现大规模定制和精确制造复杂的几何结构，因此在制造行业未来发展中备受关注。熔融层积成型(FDM)乃当今最常见的3D打印工艺，根据编程挤出被融化的材料，以逐层叠加的方式来构建产品。FDM材料目前以热塑性塑料(又称聚合物)为主，其中聚乳酸(PLA)广受欢迎，但PLA在自然环境下难以发生降解，而且其生产过程带有不少碳排放。目前，常规使用的会在聚乳酸材料中添加一些复合材料，让其更具有环保性并提高经济效益。
目前，市场上大部分的聚合物复合材料只适合应用于注塑成型等常规制造方法。为符合3D打印的应用，通常需要把打印材料融化并挤出拉成直径为1.75mm的线材，然后卷绕在卷轴上以便日后用于打印。这对材料的强度和熔融指数具有一定的要求，而加入复合材料后往往会减低复合物的韧性和强度，导致线材在拉丝过程中断裂。另外，3D打印机的喷嘴直径一般为0.2-0.8mm，喷嘴越小打印成品解析度越高。如果材料里掺杂热塑性塑料以外的材质，可能会出现喷嘴堵塞的情况从而导致打印失败；由于聚合物材料表面化学极性存在差异，它们的基质之间出现不相容性，使填料更容易聚集、分布不均匀，造成线材制备失败和堵塞打印机喷嘴的问题，导致聚合物复合3D材料不利于广泛使用。
发明内容
本申请的目的在于提供一种含茶叶渣的复合3D打印材料及其制备方法与应用，旨在解决现有技术中聚合物复合3D材料的抗拉强度和韧性较低不利于应用的问题。
为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供一种含茶叶渣的复合3D打印材料，以含茶叶渣的复合3D打印材料的总重量为100％计，包括如下重量百分含量的组分：
树脂基体 70～95％；
茶叶渣 5～30％。
第二方面，本申请提供一种含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法，其包括如下步骤：
提供茶叶渣和树脂基体；
将茶叶渣进行第一预处理，得到茶叶渣粉末；将树脂基体进行第二预处理，得到树脂基体颗粒；
将茶叶渣粉末和树脂基体颗粒进行干燥处理，再依次进行混匀处理、熔融挤出、冷却成型、打卷处理，得到含茶叶渣的复合3D打印材料。
第三方面，本申请提供一种3D制品的制备方法，采用含茶叶渣的复合3D打印材料或含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法制得的复合3D打印材料进行3D打印。
第四方面，本申请提供一种3D制品，3D制品由3D制品的制备方法制备得到。
本申请第一方面提供的含茶叶渣的复合3D打印材料，以含茶叶渣的复合3D打印材料的总重量为100％计，包括重量百分含量为70～95％的树脂基体以及重量百分含量为5～30％的茶叶渣；茶叶渣作为天然的生物质材料，与树脂基体进行混合，其不仅与树脂肢体能够良好相容、有利于材料分散，并且能够有利于提高制备得到的复合3D打印材料的生物降解性、降低成本、实现有效源头减废的优势；并且通过进一步控制二者的质量比，确保得到的复合3D打印材料具有较高的抗拉强度并保持一定的韧性，使含茶叶渣的复合3D打印材料能够良好地满足FDM 3D打印的相关技术要求，在进行FDM 3D打印时的打印成功率高；因此，提供的含茶叶渣的复合3D打印材料一方面实现对茶叶渣的高增值回收，并且有利于保护环境、降低成本；另一方面能够更好的满足日常3D打印的功能需求，打印制品的综合性能优异，应用范围广泛。
本申请第二方面提供的含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法，该制备方法通过控制茶叶渣粉末和树脂基体颗粒的材料直径，以及熔融挤出的反应条件，以制备具有足够韧性和抗压强度的3D打印材料，不需要为茶叶渣进行表面改性或者添加额外的增强剂，制备工艺简单，能源效益高，有利于大规模制备。
本申请第三方面提供的3D制品的制备方法，采用含茶叶渣的复合3D打印材料或含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法制得的复合3D打印材料进行3D打印，由于含茶叶渣的复合3D打印材料具有较高的抗拉强度并保持一定的韧性，能够良好地满足FDM 3D打印的相关技术要求，有利于广泛应用于3D打印行业。
本申请第四方面提供的3D制品，3D制品以含茶叶渣的复合3D打印材料为原料，由3D制品的制备方法制备得到，得到的3D制品具有高抗拉强度、高伸长率、高拉伸模量，有利于广泛应用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的采用实施例1得到的含茶叶渣的复合3D打印材料制备得到的具体结构的3D制品(结构节点)。
图2是本申请实施例提供的采用实施例1得到的含茶叶渣的复合3D打印材料制备得到的具体结构的3D制品(杯套)。
具体实施方式
为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
术语“第一“、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
本申请实施例第一方面提供一种含茶叶渣的复合3D打印材料，以含茶叶渣的复合3D打印材料的总重量为100％计，包括如下重量百分含量的组分：
树脂基体 70～95％；
茶叶渣 5～30％。
本申请实施例第一方面提供的含茶叶渣的复合3D打印材料，以含茶叶渣的复合3D打印材料的总重量为100％计，包括重量百分含量为70～95％的树脂基体以及重量百分含量为5～30％的茶叶渣；茶叶渣作为天然的生物质材料，与树脂基体进行混合，其不仅与树脂肢体能够良好相容、有利于材料分散，并且能够有利于提高制备得到的复合3D打印材料的生物降解性、降低成本、实现有效源头减废的优势；并且通过进一步控制二者的质量比，确保得到的复合3D打印材料具有较高的抗拉强度并保持一定的韧性，使含茶叶渣的复合3D打印材料能够良好地满足FDM 3D打印的相关技术要求，在进行FDM 3D打印时的打印成功率高；因此，提供的含茶叶渣的复合3D打印材料一方面实现对茶叶渣的高增值回收，并且有利于保护环境、降低成本；另一方面能够更好的满足日常3D打印的功能需求，打印制品的综合性能优异，应用范围广泛。
具体的，含茶叶渣的复合3D打印材料中，以含茶叶渣的复合3D打印材料的总重量为100％计，包括重量百分含量为70～95％的树脂基体。以树脂基体作为含茶叶渣的复合3D打印材料的主要组分，由于树脂具有一定的强度、耐高温和防水等特点，因此有利于作为3D打印材料的主要原料。
在一些实施例中，树脂基体包括聚乳酸、聚己内酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的至少一种。在一些具体实施例中，树脂基体选自聚乳酸；聚乳酸作为一种生物来源的可降解的热塑性材料，且其具有较好的透明度和光泽度，在应用中具有更多选择性以及环保性。
在一些具体实施例中，含茶叶渣的复合3D打印材料中，树脂基体的重量百分含量包括但不限于70％、72％、75％、78％、80％、82％、85％、87％、90％、92％、95％。
具体的，含茶叶渣的复合3D打印材料中，以含茶叶渣的复合3D打印材料的总重量为100％计，包括重量百分含量为5～30％的茶叶渣。茶叶渣作为天然的生物质材料，与树脂基体进行混合，其不仅与树脂肢体能够良好相容、有利于材料分散，并且能够有利于提高制备得到的复合3D打印材料的生物降解性、降低成本、实现有效源头减废的优势。
进一步的，控制茶叶渣的重量百分含量为5～30％，能够确保得到的复合3D打印材料具有较高的抗拉强度并保持一定的韧性，使含茶叶渣的复合3D打印材料能够良好地满足FDM 3D打印的相关技术要求，在进行FDM 3D打印时的打印成功率高，若茶叶渣的添加量过多，则会导致得到的含茶叶渣的复合3D打印材料抗拉强度过低且导致材料越脆，韧性不足，不利于使用；若茶叶渣的添加量过少，则对树脂基体起不到改性效果。
在一些具体实施例中，含茶叶渣的复合3D打印材料中，茶叶渣的重量百分含量包括但不限于5％、7％、10％、12％、15％、17％、20％、22％、25％、27％、30％。
在一些实施例中，茶叶渣包括绿茶茶叶渣、黄茶茶叶渣、乌龙茶茶叶渣、红茶茶叶渣、黑茶茶叶渣、白茶茶叶渣中的至少一种。可以根据实际情况选择不同的茶叶渣进行使用，不同茶叶渣对得到的材料性质没有太大影响。
本申请实施例第二方面提供一种含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法，包括如下步骤：
S01.提供茶叶渣和树脂基体；
S02.将茶叶渣进行第一预处理，得到茶叶渣粉末；将树脂基体进行第二预处理，得到树脂基体颗粒；
S03.将茶叶渣粉末和树脂基体颗粒进行干燥处理，再依次进行混匀处理、熔融挤出、冷却成型、打卷处理，得到含茶叶渣的复合3D打印材料。
本申请实施例第二方面提供的含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法，该制备方法通过控制茶叶渣粉末和树脂基体颗粒的材料直径，以及熔融挤出的反应条件，以制备具有足够韧性和抗压强度的3D打印材料，不需要为茶叶渣进行表面改性或者添加额外的增强剂，制备工艺简单，能源效益高，有利于大规模制备。
步骤S01中，提供茶叶渣和树脂基体。提供的茶叶渣和树脂基体的种类和添加量如上文所论述，为了节约篇幅，此处不再进行赘述。
步骤S02中，将茶叶渣进行第一预处理，得到茶叶渣粉末；将树脂基体进行第二预处理，得到树脂基体颗粒。
其中，将茶叶渣进行第一预处理，得到茶叶渣粉末。
在一些实施例中，将茶叶渣进行第一预处理的步骤中，包括：将茶叶渣于100～105℃条件下进行干燥处理24～28小时，再进行粉碎处理、过筛处理，得到茶叶渣粉末。其中，进行干燥处理后确保得到的干燥后的茶叶渣的含水量＜1％为最佳。
在一些具体实施例中，将茶叶渣进行第一预处理的步骤中，包括：将茶叶渣于103℃条件下进行干燥处理24小时，再采用刀片式粉碎机进行粉碎处理、过筛处理，得到茶叶渣粉末。
在一些实施例中，茶叶渣粉末的粒径为0.01～0.2mm。控制得到的茶叶渣粉末粒径较小，有利于在进行高速混合处理的过程中，能够使茶叶渣粉末均匀粘附于树脂基体表面，确保不会在其表面形成结块，使得到的3D复合材料更有利于进行3D打印，不会导致3D打印机喷头堵塞进而影响使用。在一些实施例中，茶叶渣粉末的粒径为0.01～0.075mm。
在一些具体实施例中，茶叶渣粉末的粒径包括但不限于0.01mm、0.05mm、0.07mm、0.09mm、0.1mm、0.12mm、0.15mm、0.17mm、0.2mm。
进一步，将树脂基体进行第二预处理，得到树脂基体颗粒。
在一些实施例中，将树脂基体进行第二预处理的步骤中，包括：将树脂基体依次进行粉碎处理、过筛处理，得到树脂基体颗粒。
在一些具体实施例中，将树脂基体进行第二预处理的步骤中，包括：将树脂基体采用刀片式粉碎机进行粉碎处理、过筛处理，得到树脂基体颗粒。
在一些实施例中，树脂基体颗粒的粒径为0.7～0.9mm。控制树脂基体颗粒的粒径大小适中，有利于和茶叶渣搅拌混合均匀。若树脂基体颗粒过大，则不利于茶叶渣粉末均匀附着，影响3D材料的性质。
在一些具体实施例中，树脂基体颗粒的粒径选自但不限于0.7mm、0.75mm、0.8mm、0.85mm、0.9mm。
步骤S03中，将茶叶渣粉末和树脂基体颗粒进行干燥处理，再依次进行混匀处理、熔融挤出、冷却成型、打卷处理，得到含茶叶渣的复合3D打印材料。
其中，将茶叶渣粉末和树脂基体颗粒进行干燥处理，干燥处理主要是为了去除茶叶渣粉末和树脂基体颗粒表面吸收的空气中的水分。
在一些实施例中，干燥处理的温度为60～65℃，时间为4～8小时。在一些具体实施例中，干燥处理的温度为60℃，时间为4小时。
进一步，再依次进行混匀处理、熔融挤出、冷却成型、打卷处理，得到含茶叶渣的复合3D打印材料。
在一些实施例中，混匀处理包括：提供研磨机，在23～25℃条件下进行高速混合搅拌3～10次，且每次混合搅拌时间为45～55秒。
在一些实施例中，熔融挤出采用螺杆挤出机进行挤出成型，且熔融挤出的温度为150～155℃。控制熔融挤出的温度，有利于树脂基体在合适的温度下熔融变软且具有粘性，有利于使茶叶渣粉末均匀黏附，以形成足够强韧性的3D打印材料；若熔融挤出温度过高则会导致树脂材料化学结构变形，若温度过低则会导致树脂基体材料不会发生软化而导致不具有粘性，无法吸附茶叶渣粉末，进而不利于挤出成型，影响材料形成。
在一些具体实施例中，熔融挤出的温度包括但不限于150℃、151℃、152℃、153℃、154℃、155℃。
进一步，材料混合后，在螺杆熔腔内熔融塑化并从口模中挤出线条；线条在空气中冷却成型，经牵引机牵引成固定大小直径的线材，最后将线材打卷，得到含茶叶渣的复合3D打印材料。
在一些实施例中，螺旋挤出机可选自单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、三螺杆挤出机中的任意一种。
本申请实施例第三方面提供一种3D制品的制备方法，采用含茶叶渣的复合3D打印材料或含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法制得的复合3D打印材料进行3D打印。
本申请实施例第三方面提供的3D制品的制备方法，采用含茶叶渣的复合3D打印材料或含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法制得的复合3D打印材料进行3D打印，由于含茶叶渣的复合3D打印材料具有较高的抗拉强度并保持一定的韧性，能够良好地满足FDM 3D打印的相关技术要求，有利于广泛应用于3D打印行业。
在一些实施例中，3D打印的条件为：喷嘴的温度为190～200℃，喷嘴的直径为0.6～0.8mm，热床的温度为40～60℃。
在一些实施例中，提供的采用含茶叶渣的复合3D打印材料适用于大部分FDM打印机，包括但不限于创想三维CR200B、Artillery小天才Pro。
本申请实施例第四方面提供一种3D制品，3D制品由3D制品的制备方法制备得到。
本申请实施例第四方面提供的3D制品，3D制品以含茶叶渣的复合3D打印材料为原料，由3D制品的制备方法制备得到，得到的3D制品具有高抗拉强度、高伸长率、高拉伸模量，有利于广泛应用。
在一些实施例中，3D制品的抗拉强度为9.8～42MPa；伸长率为2.4～5.6％；拉伸模量为0.5～1.3GPa。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种含茶叶渣的复合3D打印材料及其制备方法与应用
一种含茶叶渣的复合3D打印材料，以含茶叶渣的复合3D打印材料的总重量为100％计，包括重量百分含量为80％的树脂基体和重量百分含量为20％的茶叶渣；其中，树脂基体选自聚乳酸，茶叶渣选自绿茶茶叶渣。
一种含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法，包括如下步骤：
提供实施例1的茶叶渣和树脂基体；
将茶叶渣于103℃条件下进行干燥处理24小时，再采用刀片式粉碎机进行粉碎处理、过筛处理，得到粒径为0.075mm的茶叶渣粉末；
将树脂基体采用刀片式粉碎机进行粉碎处理、过筛处理，得到粒径为0.7mm的树脂基体颗粒；
将茶叶渣粉末和树脂基体颗粒进行于60℃进行干燥处理4小时，再用研磨机室温下高速搅拌10次，每次不多于1min；将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过150℃的温度加热，在螺杆熔腔内熔融塑化并从口模中挤出线条；线条在空气中冷却成型，经牵引机牵引成固定大小直径的线材，最后将线材打卷，得到含茶叶渣的复合3D打印材料。
一种3D制品的制备，包括如下步骤：
提供实施例1制备得到的含茶叶渣的复合3D打印材料；
提供FDM打印机创想三维CR200B，设置喷嘴的温度为190℃，喷嘴的直径为0.6mm，热床的温度为40℃进行打印，得到3D制品。
实施例2
一种含茶叶渣的复合3D打印材料及其制备方法与应用
一种含茶叶渣的复合3D打印材料，以含茶叶渣的复合3D打印材料的总重量为100％计，包括重量百分含量为70％的树脂基体和重量百分含量为30％的茶叶渣；其中，树脂基体选自聚己内酯，茶叶渣选自乌龙茶茶叶渣。
一种含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法，包括如下步骤：
提供实施例2的茶叶渣和树脂基体；
将茶叶渣于100℃条件下进行干燥处理26小时，再采用刀片式粉碎机进行粉碎处理、过筛处理，得到粒径为0.15mm的茶叶渣粉末；
将树脂基体采用刀片式粉碎机进行粉碎处理、过筛处理，得到粒径为0.8mm的树脂基体颗粒；
将茶叶渣粉末和树脂基体颗粒进行于62℃进行干燥处理5小时，再用研磨机室温下高速搅拌10次，每次不多于1min；将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过153℃的温度加热，在螺杆熔腔内熔融塑化并从口模中挤出线条；线条在空气中冷却成型，经牵引机牵引成固定大小直径的线材，最后将线材打卷，得到含茶叶渣的复合3D打印材料。
一种3D制品的制备，包括如下步骤：
提供实施例2制备得到的含茶叶渣的复合3D打印材料；
提供FDM打印机创想三维CR200B，设置喷嘴的温度为193℃，喷嘴的直径为0.6mm，热床的温度为45℃进行打印，得到3D制品。
实施例3
一种含茶叶渣的复合3D打印材料及其制备方法与应用
一种含茶叶渣的复合3D打印材料，以含茶叶渣的复合3D打印材料的总重量为100％计，包括重量百分含量为90％的树脂基体和重量百分含量为10％的茶叶渣；其中，树脂基体选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，茶叶渣选自红茶茶叶渣。
一种含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法，包括如下步骤：
提供实施例3的茶叶渣和树脂基体；
将茶叶渣于105℃条件下进行干燥处理24小时，再采用刀片式粉碎机进行粉碎处理、过筛处理，得到粒径为0.2mm的茶叶渣粉末；
将树脂基体采用刀片式粉碎机进行粉碎处理、过筛处理，得到粒径为0.85mm的树脂基体颗粒；
将茶叶渣粉末和树脂基体颗粒进行于65℃进行干燥处理4小时，再用研磨机室温下高速搅拌10次，每次不多于1min；将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过155℃的温度加热，在螺杆熔腔内熔融塑化并从口模中挤出线条；线条在空气中冷却成型，经牵引机牵引成固定大小直径的线材，最后将线材打卷，得到含茶叶渣的复合3D打印材料。
一种3D制品的制备，包括如下步骤：
提供实施例3制备得到的含茶叶渣的复合3D打印材料；
提供FDM打印机创想三维CR200B，设置喷嘴的温度为197℃，喷嘴的直径为0.8mm，热床的温度为50℃进行打印，得到3D制品。
实施例4
一种含茶叶渣的复合3D打印材料及其制备方法与应用
一种含茶叶渣的复合3D打印材料，以含茶叶渣的复合3D打印材料的总重量为100％计，包括重量百分含量为95％的树脂基体和重量百分含量为5％的茶叶渣；其中，树脂基体选自聚乳酸，茶叶渣选自白茶茶叶渣。
一种含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法，包括如下步骤：
提供实施例4的茶叶渣和树脂基体；
将茶叶渣于105℃条件下进行干燥处理24小时，再采用刀片式粉碎机进行粉碎处理、过筛处理，得到粒径为0.2mm的茶叶渣粉末；
将树脂基体采用刀片式粉碎机进行粉碎处理、过筛处理，得到粒径为0.9mm的树脂基体颗粒；
将茶叶渣粉末和树脂基体颗粒进行于65℃进行干燥处理4小时，再用研磨机室温下高速搅拌10次，每次不多于1min；将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过155℃的温度加热，在螺杆熔腔内熔融塑化并从口模中挤出线条；线条在空气中冷却成型，经牵引机牵引成固定大小直径的线材，最后将线材打卷，得到含茶叶渣的复合3D打印材料。
一种3D制品的制备，包括如下步骤：
提供实施例4制备得到的含茶叶渣的复合3D打印材料；
提供FDM打印机创想三维CR200B，设置喷嘴的温度为200℃，喷嘴的直径为0.8mm，热床的温度为60℃进行打印，得到3D制品。
对比例1
一种含咖啡渣的复合3D打印材料及其制备方法与应用
一种含咖啡渣的复合3D打印材料，以含咖啡渣的复合3D打印材料的总重量为100％计，包括重量百分含量为80％的树脂基体和重量百分含量为20％的咖啡渣；其中，树脂基体选自聚乳酸，咖啡渣选自蓝山咖啡渣。
一种含咖啡渣的复合3D打印材料的制备方法，包括如下步骤：
提供对比例1的咖啡渣和树脂基体；
将咖啡渣和树脂基体分别进行研磨；
将咖啡渣粉末和树脂基体颗粒进行于65℃进行干燥处理4小时，再用研磨机室温下高速搅拌10次，每次不多于1min；将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过155℃的温度加热，在螺杆熔腔内熔融塑化并从口模中挤出线条；线条在空气中冷却成型，经牵引机牵引成固定大小直径的线材，最后将线材打卷，得到含咖啡渣的复合3D打印材料。
一种3D制品的制备，包括如下步骤：
提供对比例1制备得到的含咖啡渣的复合3D打印材料；
提供FDM打印机创想三维CR200B，设置喷嘴的温度为190℃，喷嘴的直径为0.6mm，热床的温度为40℃进行打印，得到3D制品。
性能测试
将实施例1得到的采用含茶叶渣的复合3D打印材料打印得到的3D制品和对比例1得到的采用含咖啡渣的复合3D打印材料打印得到的3D制品进行性能测试，测定其抗拉强度，具体的测试为采用哑铃拉伸测试样条，测试方法为ASTM D368-Type IV。
结果分析
将实施例1得到的采用含茶叶渣的复合3D打印材料打印得到的3D制品和对比例1得到的采用含咖啡渣的复合3D打印材料打印得到的3D制品进行性能测试，测定其抗拉强度，结果如下表1所示，在添加茶叶渣/咖啡渣含量相同(20％)的情况下，本申请实施例1得到的含茶叶渣的复合3D打印材料制备得到的3D制品的抗拉强度为29MPa，而对比例1得到的含咖啡渣的复合3D打印材料制备得到的3D制品的抗拉强度为21.6MPa，可以看出，含茶叶渣的复合3D打印材料制备得到的3D制品的抗拉强度更加优异。并且，如附图1和附图2所示，分别为采用实施例1得到的含茶叶渣的复合3D打印材料制备得到的具体结构的3D制品。
表1
综上，本申请提供的含茶叶渣的复合3D打印材料，以含茶叶渣的复合3D打印材料的总重量为100％计，包括重量百分含量为70～95％的树脂基体以及重量百分含量为5～30％的茶叶渣；茶叶渣作为天然的生物质材料，与树脂基体进行混合，其不仅与树脂肢体能够良好相容、有利于材料分散，并且能够有利于提高制备得到的复合3D打印材料的生物降解性、降低成本、实现有效源头减废的优势；并且通过进一步控制二者的质量比，确保得到的复合3D打印材料具有较高的抗拉强度并保持一定的韧性，使含茶叶渣的复合3D打印材料能够良好地满足FDM 3D打印的相关技术要求，在进行FDM 3D打印时的打印成功率高；因此，提供的含茶叶渣的复合3D打印材料一方面实现对茶叶渣的高增值回收，并且有利于保护环境、降低成本；另一方面能够更好的满足日常3D打印的功能需求，打印制品的综合性能优异，应用范围广泛。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种含茶叶渣的复合3D打印材料，其特征在于，以所述含茶叶渣的复合3D打印材料的总重量为100％计，包括如下重量百分含量的组分：
树脂基体 70～95％；
茶叶渣 5～30％。
2.根据权利要求1所述的含茶叶渣的复合3D打印材料，其特征在于，所述树脂基体包括聚乳酸、聚己内酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的至少一种；和/或，
所述茶叶渣包括绿茶茶叶渣、黄茶茶叶渣、乌龙茶茶叶渣、红茶茶叶渣、黑茶茶叶渣、白茶茶叶渣中的至少一种。
3.一种权利要求1～2任一所述的含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供茶叶渣和树脂基体；
将所述茶叶渣进行第一预处理，得到茶叶渣粉末；将所述树脂基体进行第二预处理，得到树脂基体颗粒；
将所述茶叶渣粉末和所述树脂基体颗粒进行干燥处理，再依次进行混匀处理、熔融挤出、冷却成型、打卷处理，得到含茶叶渣的复合3D打印材料。
4.根据权利要求3所述的含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法，其特征在于，将所述茶叶渣进行第一预处理的步骤中，包括：将所述茶叶渣于100～105℃条件下进行干燥处理24～28小时，再进行粉碎处理、过筛处理，得到茶叶渣粉末；和/或，
将所述树脂基体进行第二预处理的步骤中，包括：将所述树脂基体依次进行粉碎处理、过筛处理，得到树脂基体颗粒。
5.根据权利要求3所述的含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法，其特征在于，所述茶叶渣粉末的粒径为0.01～0.2mm；和/或，
所述树脂基体颗粒的粒径为0.7～0.9mm。
6.根据权利要求3所述的含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法，其特征在于，所述干燥处理的温度为60～65℃，时间为4～8小时；和/或，
所述混匀处理包括：提供研磨机，在23～25℃条件下进行高速混合搅拌3～10次，且每次混合搅拌时间为45～55秒；和/或，
所述熔融挤出采用螺杆挤出机进行挤出成型，且所述熔融挤出的温度为150～155℃。
7.一种3D制品的制备方法，其特征在于，采用权利要求1～2任一所述的含茶叶渣的复合3D打印材料或权利要求3～6任一所述的含茶叶渣的复合3D打印材料的制备方法制得的复合3D打印材料进行3D打印。
8.根据权利要求7所述的3D制品的制备方法，其特征在于，所述3D打印的条件为：喷嘴的温度为190～200℃，喷嘴的直径为0.6～0.8mm，热床的温度为40～60℃。
9.一种3D制品，其特征在于，所述3D制品由权利要求7或8所述的3D制品的制备方法制备得到。
10.根据权利要求9所述的3D制品，其特征在于，所述3D制品的抗拉强度为9.8～42MPa；伸长率为2.4～5.6％；拉伸模量为0.5～1.3GPa。
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