利用3D打印形成梯度复合材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用3D打印形成梯度复合材料的方法，包括如下步骤：提供聚乳酸粉末；将聚乳酸粉末溶于乙醇，并向其中加入甘油，超声搅拌后干燥，得到改性聚乳酸粉末；提供醋酸纤维素粉末、短切碳纤维以及碳酸钙晶须；将醋酸纤维素粉末、短切碳纤维以及碳酸钙晶须放入硅烷偶联剂的乙醇溶液，搅拌得到混合物III；以第一配比将混合物III与改性聚乳酸粉末混合，得到混合物IV；以第二配比将混合物III与改性聚乳酸粉末混合，得到混合物V；将混合物IV挤出成型，得到第一类复合材料颗粒；将混合物V挤出成型，得到第二类复合材料颗粒；将第一类复合材料颗粒成型为梯度复合材料基体；以及将第二类复合材料颗粒成型在梯度复合材料基体上以形成梯度复合材料。

【技术实现步骤摘要】
利用3D打印形成梯度复合材料的方法
本专利技术是关于3D打印
，特别是关于一种利用3D打印形成梯度复合材料的方法。
技术介绍
增材制造技术，又俗称3D打印技术，属于快速原型制造技术中的一种，是以数字化模型文件为基础，利用工程塑料、金属粉末等材料的可粘合特性，通过层层打印的方式来制造物体的快速成形技术。3D打印技术是集CAD/CAM技术、数控技术、激光加工技术和新材料等
的最新成果于一体的零件原型制造技术。3D打印属于新型加工工艺，与传统的“减材制造”的机械加工方法不同，其采用逐层“材料累积”的创新加工方法，能够快速精确的将三维模型图转化为三维实体。该技术能够大大简化产品的制造程序，缩短产品研发周期，提高研发效率同时降低成本，可广泛应用于汽车、军工、文化、医疗、航空航天和金属制造等行业，被认为是近二十年内制造领域内的一个重大技术成果。3D打印技术这种分层制造三维物体的思想理念最早诞生于制造技术还并不先进的十九世纪。到了20世纪70年代末至80年代初期，美国3M公司的AlanJ.Hebert，日本的小玉秀男，美国UVP公司的CharlesW.Hull各自独立的提出了快速成型技术概念。CharlesW.Hull研制了一个能自动制造零件的、被称之为Scerolithogra.phyApparatus(SLA)的完整系统，命名为SLA-1，1986年该系统申请并获得国家专利，这是快速成型技术发展路程上的一个重要里程碑，同年，CharlesW.Hull以该技术为基础建立了3DSystem公司。此后，大量关于快速原型的概念和相关技术在3DSystem公司中逐渐发展成熟起来。与此同时，其它一些成型原理及相应3D打印机也相继开发成功。自从80年代中期立体光固化技术(SLA)成型技术发展以来，先后出现了十几种不同的快速原型技术。我国的快速原型技术的研究始于1991年，近几年来，在政府的大力支持下，我国的3D打印制造技术得到了较快的发展，已经研制出与国外许多工艺技术相似的打印机设备，例如SLA(立体光固化)，FDM(熔融沉积成型)和SLS(选择性激光烧结)等，其中部分机型性能更加优越，并正在逐步实现市场化、商品化。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用3D打印形成梯度复合材料的方法，其能够克服现有技术的缺点。为实现上述目的，本专利技术提供了一种利用3D打印形成梯度复合材料的方法，包括如下步骤：提供聚乳酸粉末；将聚乳酸粉末溶于乙醇，得到混合溶液I，并向混合溶液I中加入甘油，得到混合溶液II，其中，每100g混合溶液I中加入甘油10-20g；对混合溶液II进行超声搅拌，并对超声搅拌之后的混合溶液II进行干燥，得到改性聚乳酸粉末，其中，对混合溶液II进行超声搅拌具体工艺参数为：超声搅拌温度为40-50℃，超声搅拌时间为30-50min；提供醋酸纤维素粉末、短切碳纤维以及碳酸钙晶须；将醋酸纤维素粉末、短切碳纤维以及碳酸钙晶须放入硅烷偶联剂的乙醇溶液，并进行搅拌，得到混合物III，其中，硅烷偶联剂浓度为10-15wt％，搅拌温度为40-50℃，搅拌时间为30-40min；以第一配比将混合物III与改性聚乳酸粉末混合，得到混合物IV；以第二配比将混合物III与改性聚乳酸粉末混合，得到混合物V；将混合物IV放入双螺杆挤出机进行挤出成型，得到第一类复合材料颗粒；将混合物V放入双螺杆挤出机进行挤出成型，得到第二类复合材料颗粒；利用3D打印将第一类复合材料颗粒成型为梯度复合材料基体；以及利用3D打印将第二类复合材料颗粒成型在梯度复合材料基体上以形成梯度复合材料。在一优选的实施方式中，对超声搅拌之后的混合溶液II进行干燥具体工艺参数为：干燥温度为80-90℃，干燥时间为30-50min。在一优选的实施方式中，在混合物III中，醋酸纤维素粉末占100-150份，短切碳纤维占20-30份，碳酸钙晶须占10-20份。在一优选的实施方式中，其中，第一配比是：混合物III与改性聚乳酸粉末的质量比为1:8-1:12，第二配比是：混合物III与改性聚乳酸粉末的质量比为1:13-1:15。在一优选的实施方式中，将混合物IV放入双螺杆挤出机进行挤出成型，得到第一类复合材料颗粒具体工艺参数为：挤出机第一区温度为150-160℃，挤出机第二区温度为160-165℃，挤出机第三区温度为165-170℃，挤出机第四区温度为175-185℃，挤出机第五区温度为175-180℃，挤出时双螺杆转速为30-40r/min，进料口压力为40-50MPa，出料口压力为20-30MPa。在一优选的实施方式中，将混合物V放入双螺杆挤出机进行挤出成型，得到第二类复合材料颗粒具体工艺参数为：挤出机第一区温度为150-160℃，挤出机第二区温度为160-165℃，挤出机第三区温度为165-170℃，挤出机第四区温度为170-175℃，挤出时双螺杆转速为20-30r/min，进料口压力为30-40MPa，出料口压力为20-30MPa。在一优选的实施方式中，利用3D打印将第一类复合材料颗粒成型为梯度复合材料基体具体工艺参数为：打印速度1300-1500mm/min，层高0.1-0.2mm，打印间距0.1-0.2mm，热床温度40-50℃。在一优选的实施方式中，在梯度复合材料基体上，利用3D打印将第二类复合材料颗粒成型在梯度复合材料基体上以形成梯度复合材料具体工艺参数为：打印速度1000-1200mm/min，层高0.2-0.3mm，打印间距0.2-0.3mm，热床温度80-90℃。与现有技术相比，本专利技术的利用3D打印形成梯度复合材料的方法具有如下优点：由于系统成本以及安全因素的限制，目前有望设计为民用级别的3D打印机基本上限制为基于塑料或者高分子复合材料的3D打印机。这类打印机要求原料材料韧性高，以防止在成型过程中产品断裂。目前现有技术中存在使用甘油提高产品韧性的技术，但是一般而言，加入甘油之后，材料的拉伸强度以及弯曲强度都将大幅度减小，这又导致产品强度不足的问题。针对现有技术的问题，本专利技术开发了一种新型的通过3D打印形成的梯度材料，为了提高产品韧性，本申请也加入了一定量的甘油，而为了克服加入甘油导致产品韧性下降的问题，本专利技术设计了一种多层梯度结构，通过设计多层结构的组分以及形成多层结构的工艺参数，本专利技术得到了一种既能够保证成型成品率又能够保证产品强度的基于3D打印的复合材料的成型方法。附图说明图1是根据本专利技术一实施方式的利用3D打印形成梯度复合材料的方法流程图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。图1是根据本专利技术一实施方式的利用3D打印形成梯度复合材料的方法流程图。如图所示，本专利技术的利用3D打印形成梯度复合材料的方法包括如下步骤：步骤101：提供聚乳酸粉末；步骤102：将聚乳酸粉末溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用3D打印形成梯度复合材料的方法，其特征在于：所述利用3D打印形成梯度复合材料的方法包括如下步骤：提供聚乳酸粉末；将所述聚乳酸粉末溶于乙醇，得到混合溶液I，并向所述混合溶液I中加入甘油，得到混合溶液II，其中，每100g混合溶液I中加入甘油10‑20g；对混合溶液II进行超声搅拌，并对超声搅拌之后的混合溶液II进行干燥，得到改性聚乳酸粉末，其中，对混合溶液II进行超声搅拌具体工艺参数为：超声搅拌温度为40‑50℃，超声搅拌时间为30‑50min；提供醋酸纤维素粉末、短切碳纤维以及碳酸钙晶须；将所述醋酸纤维素粉末、短切碳纤维以及碳酸钙晶须放入硅烷偶联剂的乙醇溶液，并进行搅拌，得到混合物III，其中，硅烷偶联剂浓度为10‑15wt％，搅拌温度为40‑50℃，搅拌时间为30‑40min；以第一配比将所述混合物III与所述改性聚乳酸粉末混合，得到混合物IV；以第二配比将所述混合物III与所述改性聚乳酸粉末混合，得到混合物V；将所述混合物IV放入双螺杆挤出机进行挤出成型，得到第一类复合材料颗粒；将所述混合物V放入双螺杆挤出机进行挤出成型，得到第二类复合材料颗粒；利用3D打印将第一类复合材料颗粒成型为梯度复合材料基体；以及利用3D打印将第二类复合材料颗粒成型在所述梯度复合材料基体上以形成梯度复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种利用3D打印形成梯度复合材料的方法，其特征在于：所述利用3D打印形成梯度复合材料的方法包括如下步骤：提供聚乳酸粉末；将所述聚乳酸粉末溶于乙醇，得到混合溶液I，并向所述混合溶液I中加入甘油，得到混合溶液II，其中，每100g混合溶液I中加入甘油10-20g；对混合溶液II进行超声搅拌，并对超声搅拌之后的混合溶液II进行干燥，得到改性聚乳酸粉末，其中，对混合溶液II进行超声搅拌具体工艺参数为：超声搅拌温度为40-50℃，超声搅拌时间为30-50min；提供醋酸纤维素粉末、短切碳纤维以及碳酸钙晶须；将所述醋酸纤维素粉末、短切碳纤维以及碳酸钙晶须放入硅烷偶联剂的乙醇溶液，并进行搅拌，得到混合物III，其中，硅烷偶联剂浓度为10-15wt％，搅拌温度为40-50℃，搅拌时间为30-40min；以第一配比将所述混合物III与所述改性聚乳酸粉末混合，得到混合物IV；以第二配比将所述混合物III与所述改性聚乳酸粉末混合，得到混合物V；将所述混合物IV放入双螺杆挤出机进行挤出成型，得到第一类复合材料颗粒；将所述混合物V放入双螺杆挤出机进行挤出成型，得到第二类复合材料颗粒；利用3D打印将第一类复合材料颗粒成型为梯度复合材料基体；以及利用3D打印将第二类复合材料颗粒成型在所述梯度复合材料基体上以形成梯度复合材料。2.如权利要求1所述的通过3D打印形成聚乳酸复合材料的方法，其特征在于：对超声搅拌之后的混合溶液II进行干燥具体工艺参数为：干燥温度为80-90℃，干燥时间为30-50min。3.如权利要求2所述的通过3D打印形成聚乳酸复合材料的方法，其特征在于：在所述混合物III中，所述醋酸纤维素粉末占100-150份，短切碳纤维占20-30份，碳酸钙晶须占10-20份。4.如权利要求3所述的通过3D打印形成聚乳酸复合材料的方法，其特征在于：其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：康丽纳，
申请(专利权)人：泉州市康馨化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35