一种低温FDM型3D打印材料、制备及应用制造技术

一种低温FDM型3D打印材料、制备及应用，属于FDM型3D打印领域。该材料采用PCL、石墨、EBS、SiO2、硬脂酸镁为原料，制备方法是将通过双螺杆将PCL母粒与石墨、EBS、SiO2、硬脂酸镁等填料按照一定比例熔融混合后，粉碎造粒，再通过单螺杆挤出，拉伸成为尺寸均一合适的线材。本发明专利技术工艺解决了PCL无法通过FDM方法进行3D打印的问题，且简单易行，制备成本低，打印精度高。由于其对3D打印设备要求度低，选择性广，一般家用FDM型3D打印机亦可使用，在FDM型3D打印领域具有重要的价值与意义。

A low temperature FDM type 3D printing material, preparation and Application

A low temperature FDM type 3D printing material, preparation and application, belongs to the FDM type 3D printing field. The material with PCL, graphite, EBS, SiO2, magnesium stearate as raw material, preparation method is to PCL and EBS, SiO2, graphite masterbatch, magnesium stearate filler according to a certain proportion of melt mixing, crushing granulation by double screw, through single screw extrusion, tension become uniform size appropriate wire. The technology of the invention solves the problem that the PCL can not print the 3D through the FDM method, and is simple and easy to make, the preparation cost is low, and the printing precision is high. Because of its low requirement for 3D printing equipment and wide selection, the general household FDM 3D printer can also be used, which is of great value and significance in the field of FDM 3D printing.

【技术实现步骤摘要】
一种低温FDM型3D打印材料、制备及应用
本专利技术属于FDM型3D打印领域，具体涉及一种低温FDM型3D打印材料的制备。
技术介绍
熔融沉积成型(FusedDepositionModeling,FDM)快速原型工艺是一种通过加热的方式将各种丝材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等)熔化并进行定点堆积的成型方法，通俗来讲就是利用高温将材料融化成液态，通过打印头挤出后固化，最后在立体空间上排列形成立体实物。熔融沉积成型是3D打印技术的一种，其在3D打印领域有着至关重要的地位。这是由于它成型方式较为简单，成型精度高，打印模型硬度好，推广性较强，不依靠激光作为成型能源，打印设备的成本较低，从而成为目前最流行的3D打印技术。但常用的FDM型3D打印热塑性材料如聚乳酸(PLA,170-230℃)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS，217-237℃)、聚碳酸酯(PC，215-225℃)打印温度均在200℃以上，成型温度较高，而高温意味着高能耗以及低安全性，特别是在家庭环境中使用时，容易对儿童等自我保护能力较差的人群造成危害。例如专利公开号CN106674935A“一种用于3D打印的夜光PLA线材及其制备方法”中所公布的夜光PLA材料，其不论加工温度及打印温度均在180℃以上，这此温度明显较高，易发生烫伤等危险。PCL是一种线性脂肪族聚酯，室温下为半结晶状态，其熔点(59-64℃)也相对较低。这些基本性质赋予它良好的生物降解性/生物相容性、柔韧性、加工性，这些都是PCL可以作为低温FDM型3D打印材料的良好基础。但是，单纯的PCL作为3D打印材料来说，存在凝固慢、熔体强度低、不易成型等问题，导致目前并没有可用于FDM型3D打印的PCL材料。例如专利公开号CN106334217A“一种3D打印PCL/β-TCP复合材料及其制备方法、用途、打印方法”中所开发的PCL/β-TCP复合材料，虽然实现了PCL的3D打印，但其使用的浆料打印方式对3D打印设备要求较高，价格也颇为贵，并且其实施方式也较为复杂，步骤繁琐，不易操作，推广性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对FDM型3D打印存在的问题，提供一种可在低温下通过FDM方法进行3D打印的PCL复合材料的制备方法。本方法利用石墨良好的热传导性能，促进PCL凝固，以提高3D打印性能。制备方法通过双螺杆将PCL母粒与填料熔融混合，粉碎造粒后，再通过单螺杆挤出，拉伸成为3D打印线材。一种低温FDM型3D打印材料，原料按重量百分比主要有以下几个组分：聚己内酯(PCL)母粒86-96％，例如86％、88％、90％、92％、94％、96％等，填料4-14％；其中填料至少包括石墨、EBS、SiO2、硬脂酸镁。在3D打印材料中如下调料的重量百分含量为：石墨0.1-3％，例如0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％等；EBS1-3％，例如1％、2％、3％等；SiO21-3％，例如1％、2％、3％等；硬脂酸镁1-5％，例如1％、2％、3％、4％、5％等。优选的是，聚己内酯(PCL)母粒88-90％，石墨1-2％，EBS2-3％，SiO22-3％，硬脂酸镁2-3％。上述五种原料的质量百分比之和≤100％。其中填料浓度过低则材料凝固慢，打印不易成形。填料浓度过高则材料粘度过大，难以通过针头尖端，打印不够顺畅。本专利技术采用的技术方案如下：(1)称取一定量的PCL母粒以及石墨、EBS、SiO2和硬脂酸镁等填料，混合后，对其搅拌，使其初步混合均匀，再使用双螺杆挤出机熔融共混挤出；冷却后，将制得的复合材料粉碎造粒；(2)将步骤(1)所得粒料于单螺杆挤出机中熔融挤出，通过牵引机的牵引，形成尺寸合适均一的线材。优选的是，双螺杆挤出机加工温度为50-100℃，螺杆转速为10-30rpm。优选的是，单螺杆挤出机加工温度为65-90℃，螺杆转速为20-50rpm。优选的是，线材尺寸为1.65-1.75mm。优选的是，复合材料FDM型3D打印条件范围：喷口温度80-90℃，底板温度20-35℃，喷口移动速度及进丝速度均分别小于等于40mm/s、90mm/s低温FDM型3D打印材料的应用，作为FDM型3D打印机耗材，打印模型与工程元件。本专利技术的低温FDM型3D打印材料用于3D打印，与之前的文献报道相比，具有如下优点：(1)本专利技术成功研发了可在低温下(80-90℃)进行3D打印的复合材料。该材料打印温度低，精度高，打印性能较好。(2)本专利技术制备方法简单易行，条件可控，制备成本低。(3)本专利技术制作的低温3D打印耗材对3D打印设备要求度低，选择性广，一般家用FDM型3D打印机亦可使用。(4)本专利技术工艺解决了PCL无法通过FDM方法进行3D打印的问题，且简单易行，制备成本低，打印精度高。附图说明图1为本专利技术所制备的低温FDM型3D打印线材图；图2为本专利技术制备的低温FDM型3D打印线材较纯PCL打印效果对比图。均在本专利技术的3D打印条件范围条件下。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1称取88gPCL母粒置于250mL烧杯中，再分别称取、加入0.1g石墨、3gEBS、3gSiO2和4.9g硬脂酸镁。使用搅拌器将其混合均匀。将混合物于双螺杆挤出机中，通过熔融共混的方式，使PCL与填料充分共混。分别设定双螺杆挤出机一区、二区、三区以及四区温度为50、75、100和75℃。设定螺杆转速为20rpm。共混结束后，再将做好的材料粉碎造粒。将制备好的粒料，使用单螺杆挤出机熔融挤出，通过牵引机牵引，形成尺寸均一的线材。设定单螺杆挤出机一区、二区温度分别为80和85℃，螺杆转速为30rpm，线材尺寸为1.70-1.75mm。通过FDM型3D打印机进行打印时，设定3D打印机参数如下：喷口温度85℃，底板温度35℃，喷口移动速度及进丝速度分别为40mm/s、90mm/s。实施例2称取89gPCL母粒置于250mL烧杯中，再分别称取、加入1.1g石墨、3gEBS、3gSiO2和3.9g硬脂酸镁。使用搅拌器将其混合均匀。将混合物于双螺杆挤出机中，通过熔融共混的方式，使PCL与填料充分共混。分别设定双螺杆挤出机一区、二区、三区以及四区温度为60、75、90和75℃。设定螺杆转速为20rpm。共混结束后，再将做好的材料粉碎造粒。将制备好的粒料，使用单螺杆挤出机熔融挤出，通过牵引机牵引，形成尺寸均一的线材。设定单螺杆挤出机一区、二区温度分别为80和85℃，螺杆转速为30rpm，线材尺寸为1.70-1.75mm。通过FDM型3D打印机进行打印时，设定3D打印机参数如下：喷口温度85℃，底板温度35℃，喷口移动速度及进丝速度分别为40mm/s、90mm/s。实施例3称取90gPCL母粒置于250mL烧杯中，再分别称取、加入2g石墨、3gEBS、2gSiO2和3g硬脂酸镁。使用搅拌器将其混合均匀。将混合物于双螺杆挤出机中，通过熔融共混的方式，使PCL与填料充分共混。分别设定双螺杆挤出机一区、二区、三区以及四区温度为50、70、90和75℃。设定螺杆转速为15rpm。共混结束后，再将做好的材料粉碎造粒。将制备好的粒料，使用单螺杆挤出机熔融挤出，通过牵引机牵引，形成尺寸均一的线材。设定单螺杆挤出机一区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温FDM型3D打印材料，其特征在于，原料按重量百分比主要有以下几个组分：聚己内酯(PCL)母粒86‑96％，填料4‑14％；其中填料至少包括石墨、EBS、SiO2、硬脂酸镁；在3D打印材料中如下填料的重量百分含量为：石墨0.1‑3％，EBS 1‑3％，SiO2 1‑3％，硬脂酸镁1‑5％。

【技术特征摘要】
1.一种低温FDM型3D打印材料，其特征在于，原料按重量百分比主要有以下几个组分：聚己内酯(PCL)母粒86-96％，填料4-14％；其中填料至少包括石墨、EBS、SiO2、硬脂酸镁；在3D打印材料中如下填料的重量百分含量为：石墨0.1-3％，EBS1-3％，SiO21-3％，硬脂酸镁1-5％。2.按照权利要求1所述的一种低温FDM型3D打印材料，其特征在于，聚己内酯(PCL)母粒88-90％，石墨1-2％，EBS2-3％，SiO22-3％，硬脂酸镁2-3％；上述五种原料的质量百分比之和≤100％。3.制备权利要求1或2所述的低温FDM型3D打印材料的方法，其特征在于，(1)称取一定量的PCL母粒以及填料，混合后，对其搅拌，使其初步...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨济豪，徐福建，段顺，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11