一种高抗辐射3D打印复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于医用新材料领域，具体涉及一种高抗辐射3D打印复合材料及其制备方法。首先使用丙酮溶解ABS颗粒后，加入氧化铋粉末，搅拌使其充分混合，得到混合物；然后将混合物放入烘焙机中加热到100℃使丙酮快速挥发，同时混合物凝固，再用粉碎机将固态混合物粉粹为颗粒状；最后把颗粒状混合物加入到单螺杆灯丝挤出机，挤出拉丝后获得灯丝，用于3D打印。本发明专利技术方法以ABS颗粒和氧化铋制成了新的合成材料。该材料继承了ABS易于打印的特性，同时抗辐射性能显著优于纯ABS材料。

【技术实现步骤摘要】
一种高抗辐射3D打印复合材料及其制备方法
本专利技术属于医用新材料领域，具体涉及一种高抗辐射3D打印复合材料及其制备方法。
技术介绍
在医疗器械领域，X射线被广泛应用于诊断和治疗。然而X射线、γ射线等放射性射线被世界卫生组织国际癌症研究所列为致癌物。现今普遍用于防护X射线的工作服还仅限于铅围裙等防护用具，这类含铅防护服不仅笨重而且具有毒性，所以研究出一种更轻便更安全的替代材料势在必行。现有的3D打印复合材料种类比较单一，且对打印工艺要求较高，打印温度不易确定，同时许多含有金属或其他成分的复合材料在打印过程中易发生堵塞喷口的现象，导致打印产品存在弯曲或表面产生小孔不平整的现象。
技术实现思路
本专利技术采用一种新型合成材料制作防护服，替代传统铅制防护服，达到轻便安全且防辐射性能优良的综合效果。实现本专利技术的技术方案是：(1)采用ABS颗粒和Bismuthoxide(氧化铋)粉末作为原料；(2)使用特定溶解剂溶解ABS颗粒后，加入氧化铋粉末，搅拌使其充分混合，得到混合物；本专利技术采用Acetone(丙酮)溶解ABS，丙酮和ABS按照质量比的比例为5:1。把ABS溶解后再加入BismuthOxide粉末可以让两者混合更加充分，在后续加工中可以得到混合充分的灯丝；Acetone作为溶剂的优势在于和其他有机溶剂相比它价格更便宜，含毒性更小。按Bismuthoxide的用量为ABS和Bismuthoxide复合材料总质量的15％-25％配制3D打印材料；(3)将混合物放入烘焙机中加热到100℃使丙酮快速挥发，同时混合物凝固，然后用粉碎机将固态混合物粉粹为颗粒状，为后续挤出加工做准备；(4)把颗粒状混合物加入到单螺杆灯丝挤出机，挤出拉丝后获得用于3D打印的灯丝，即3D打印复合材料；本专利技术方法制得的高抗辐射3D打印复合材料用于3D打印材料，尤其是用于3D打印高抗辐射防护服。采用XYZprinting，Inc.生产的打印机打印3D材料。打印机的参数如下：打印机型号：DaVinciXYZ；喷嘴尺寸：0.4mm；灯丝直径:1.65-1.80mm；层高：0.2mm；边缘厚度:4.0mm；填充密度：100％；模式:45°；打印温度:230℃；床温：110℃；打印速度：50mm/sec。打印的3D材料使用X射线对其进行抗辐射测试。采用上述技术方案后，本专利技术有以下积极效果：本专利技术方法以ABS颗粒和金属粉末Bismuthoxide制成了新的合成材料。该材料继承了ABS易于打印的特性，同时抗辐射性能显著优于纯ABS材料。为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明图1为同为1mm厚的纯ABS样品和含15％、20％和25％BismuthOxide粉末复合材料样品在X射线下的图片；(从左至右依次为纯ABS，15％BismuthOxide,20％BismuthOxide,25％BismuthOxide)图2为含20％BismuthOxide粉末的复合材料显微图(标尺：20μm)；图3为含20％BismuthOxide粉末复合材料灯丝的截面显微图(标尺：250μm)；图4为含15％BismuthOxide粉末的复合材料显微图(标尺：30μm)；图5为含15％BismuthOxide粉末复合材料灯丝的截面显微图(标尺：250μm)；图6为含25％BismuthOxide粉末的复合材料显微图(标尺：15μm)；图7为含25％BismuthOxide粉末复合材料灯丝的截面显微图(标尺：200μm)；图8为含纯ABS、15％、20％和25％BismuthOxide粉末的LEXI样品AverageGreyValue与厚度关系图(LEXI代表复合材料)；图9为纯ABS、含15％、20％和25％BismuthOxide粉末的LEXI样品屏蔽X射线效果与样品厚度的关系图。具体实施方式实施例1用于防辐射的新型合成材料。包括以下步骤：(1)分别称重得到80g的ABS颗粒和20g的BismuthOxide粉末。使用400gAcetone溶剂溶解ABS颗粒，在常温下充分搅拌，静置一晚得到果汁状的ABS&Acetone溶液。把称重好的BismuthOxide粉末加入到该溶液中，先手动充分搅拌，再使用震动机震动2h。把得到充分混合的混合溶液倒入30cm×20cm×3cm大小的盘子中，然后放入烘焙机中加热烘焙一晚。(2)把干燥后的混合物用粉碎机分解成颗粒后，加入灯丝挤出机中挤压成灯丝(直径1.65mm-1.80mm)，制作灯丝过程中挤出机的Rear温度为190℃，喷口温度为210℃，PSI为273。(3)用3D打印机按照设计好的样品模型(直径5CM不同厚度的圆)打印出样品。(4)用X射线(Xray源：FeinfocusFXE，电压：160KV，电流：120μA)照射样品得到图片。图1为同为1mm厚度的纯ABS样品和新合成材料样品同时在X射线下的图片；由图可以很明显的看到由新材料合成的材料打印而成的样品的抗辐射性得到提高(样品图片上越黑代表阻挡辐射量越多)。图2为含20％BismuthOxide粉末的复合材料在digitalmicroscope下新合成材料的显微镜图(标尺：20μm)；图3为含20％BismuthOxide粉末的复合材料在digitalmicroscope下新合成材料灯丝的截面显微镜图(标尺：250μm)；从图2,3可看出，该配比下打印出的样品中黄色氧化铋分布均匀，没有出现堆积聚集的现象。图8为经过软件MATLAB对X射线下的样品图片分析后得到的AverageGreyValue(AGV)与厚度的图；(LEXI即为新合成物)AGV为平均灰色度，其值越低表示样品抗辐射效果越好。图9为纯ABS与LEXI的屏蔽X射线百分比与样品厚度的关系图。通过计算分析可以得出新材料的抗辐射性优良。实施例2(1)分别称重得到85g的ABS颗粒和15g的BismuthOxide粉末。使用425gAcetone溶剂溶解ABS颗粒，在常温下充分搅拌，静置一晚得到果汁状的ABS&Acetone溶液。把称重好的BismuthOxide粉末加入到该溶液中，先手动充分搅拌，再使用震动机震动2h。把得到充分混合的混合溶液倒入30cm×20cm×3cm大小的盘子中，然后放入烘焙机中加热烘焙一晚。(2)把干燥后的混合物用粉碎机分解成颗粒后，加入灯丝挤出机中挤压成灯丝(直径1.65mm-1.80mm)，制作灯丝过程中挤出机的Rear温度为190℃，喷口温度为210℃，PSI为198。(3)用3D打印机按照设计好的样品模型(直径5CM不同厚度的圆)打印出样品。(4)用X射线(Xray源：FeinfocusFXE，电压：160KV，电流：120μA)照射样品得到图片。图4为含15％BismuthOxide粉末的复合材料在digitalmicroscope下新合成材料的显微镜图(标尺：20μm)；图5为含15％BismuthOxide粉末的复合材料在digitalmicroscope下新合成材料灯丝的截面显微镜图(标尺：250μm)；从图4、5可看出，该配比下打印出的样品中黄色氧化铋也分布均匀，没有出现堆积聚集的现象。实施例3(1)分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高抗辐射3D打印复合材料，其特征在于：所述复合材料由ABS颗粒和氧化铋粉末制备而成。

【技术特征摘要】
1.一种高抗辐射3D打印复合材料，其特征在于：所述复合材料由ABS颗粒和氧化铋粉末制备而成。2.一种如权利要求1所述的高抗辐射3D打印复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法步骤如下：(1)称取ABS颗粒和氧化铋粉末作为原料；(2)使用丙酮溶解ABS颗粒后，加入氧化铋粉末，搅拌使其充分混合，得到混合物；(3)将步骤(2)得到的混合物放入烘焙机中加热到100℃使丙酮快速挥发，同时混合物凝固，然后用粉碎机将固态混合物粉粹为颗粒状；(4)将步骤(3)粉碎的颗粒状混合物加入到单螺杆灯丝挤出机，挤出拉丝获得用于3D打印的灯丝，即3D打印复合材料。3.如权利要求2所述的高抗辐射3D打印复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡静，杜相，胡忠，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32