一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材及制备方法技术

本发明专利技术涉及3D打印材料的制备领域，公开了一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材及制备方法。包括如下制备过程：（1）将聚合物熔融挤出，制得具有等距、等深波纹的聚合物丝材；（2）按照以下重量份制得膏状物：层状黏土25~32份、无机晶须22~30份、溶剂38~53份，除去溶剂并激光焊接，制得负载有填料的聚合物丝材；（3）将聚合物丝材通过定径孔，即可制得3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材。本发明专利技术制得的聚合物波纹丝材与传统3D打印丝材相比，强度高，韧性好，并且进行打印时波谷处的晶须对打印坯体起到良好的支撑作用，无需支撑材料，打印步骤简单，成本低，可推广应用。

High strength non support polymer corrugated wire material for 3D printing and preparation method thereof

The invention relates to the preparation field of 3D printing materials, and discloses a high strength non supporting polymer corrugated wire material for 3D printing and a preparation method thereof. The preparation process is as follows: (1) melt extruded polymer to produce polymer wire with equal distance and equal depth ripple; (2) the paste is prepared according to the following weight: layered clay 25~32, inorganic whisker 22~30, 38~53 part of solvent, removing solvent and laser welding to produce polymer wire loaded with packing; 3) the high strength non support polymer corrugated wire for 3D printing can be made by passing the polymer wire through the sizing hole. Compared with the traditional 3D printing wire, the polymer corrugated wire made by the invention has high strength and good toughness, and the whisker at the trough at the trough plays a good supporting role in the printing slab, without supporting materials, printing steps simple, low cost, and can be popularized.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材及制备方法
本专利技术涉及3D打印材料的制备领域，公开了一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材及制备方法。
技术介绍
3D打印属于快速原型制造技术的一种，是一种以数字模型文件为基础，运用工程塑料或金属粉末等可黏合特性，通过逐层打印的方式来构造物体的快速成形技术，该技术能够简化产品制造程序，缩短产品研制周期，提高效率并降低成本，可广泛应用于医疗、文化、国防、航天、汽车及金属制造等产业被认为是近20年来制造领域的一个重大技术成果。常用的3D打印材料可分为金属材料、高分子材料和无机非金属材料三大类，其中用量最大、应用范围最广、成型方式最多的材料为高分子材料，主要包括高分子丝材、光敏树脂及高分子粉末3种形式。其中高分子丝材是适用于熔融沉积成型打印机的主要材料，应具备高机械强度、低收缩率，适宜的熔融温度、无毒环保等基本条件。熔融沉积成型工艺是目前最具有生命力的快速成型技术之一，以丝状塑料为打印耗材，利用电加热方式将丝材加热至高于熔化温度，在计算机的控制下，将熔融的材料涂覆在工作台上，逐层堆积形成三维工件。此类层层叠加成型的技术原理要求模型的上层结构要有下层部分的支撑，所以，被打印模型的某些部位如果是悬空的，打印的时候就需要设计支撑结构。常用的方法是在打印支撑结构时使用和打印件相同的材料，打印完成后，将支撑材料去除即可。但存在一定局限，这也是目前熔融沉积工艺发展的重要研究内容。中国专利技术专利申请号201410130006.0公开了一种可用于3D打印的改性聚甲醛支撑材料及其制备方法，采用以下组分及重量百分比含量的原料制备得到：聚甲醛80~100％、表面活性剂0~7％、填料0~13％，其中，聚甲醛的含量小于100％，表面活性剂及填料的含量大于0，将上述原料置于塑料混料机中混合1-2min后得到预混物，再将预混物置于单螺杆挤出机或双螺杆挤出机中进行挤出拉丝，控制丝材直径为1.75mm，得到可用于3D打印的改性聚甲醛支撑材料。与现有技术相比，此专利技术改性聚甲醛的新应用和新拓展，制备得到的改性聚甲醛材料可以在酸性液体溶解／气体分解的特性，通过改性处理，具有一定力学强度。中国专利技术专利申请号201610142935.2公开了一种ABS基熔融沉积技术用聚合物合金及其制备方法，ABS树脂、线性聚合物、增容剂、增塑剂、抗氧剂混合挤出。此专利技术保留ABS丝材优良性能，结合线性聚合物和其他助剂进行共性，提高现有ABS树脂的力学性能、降低ABS丝材的成本；具有拉伸强度高、耐热性能好、成本低的特点，可用于汽车零部件的3D打印从而实现汽车轻量化、低碳化，打印出的汽车零部件脆性较大，而且表面粗糙度达不到要求，同时生产成本大大降低，生产过程变得简单更易于工业化生产，大大促进了增材制造技术在汽车领域的应用和发展。根据上述，现有方案中用于3D打印熔融沉积成型工艺的高分子丝材强度低，韧性差，打印中需要支撑结构，如果打印件的形状比较特殊，支撑结构全部出现在其内部，去除则会比较麻烦，有时甚至根本无法去除。
技术实现思路
目前应用较广的熔融沉积成型工艺的高分子丝材存在强度低，韧性差的缺陷，打印中需要支撑结构，但存在支撑结构去除困难，打印步骤繁杂的问题，本专利技术提出了一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材及制备方法，可有效解决上述技术问题。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材的制备方法，制备的具体过程为：（1）采用波纹拉丝机将聚合物熔融并挤出，制得具有等距、等深波纹的聚合物丝材；（2）将步骤（1）制得的聚合物丝材浸入由层状黏土、无机晶须及溶剂组成的膏状混合物中，使膏状物填满丝材的各个波谷，然后采用真空抽滤除去溶剂，并立即使用固态热熔胶进行激光焊接，使层状黏土与无机晶须牢固固定于丝材的波谷中，制得负载有填料的聚合物丝材；（3）将步骤（2）制得的负载有填料的聚合物丝材通过定径孔，即可制得表面光滑的、均匀包裹增强增韧填料的聚合物丝材。优选的，步骤（1）所述波纹拉丝机为LT型水箱式拉丝机、LW型滑轮式拉丝机、LS型双卷筒式拉丝机中的一种。优选的，步骤（1）所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯硫醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。优选的，步骤（1）所述波纹的深度为0.01~0.05mm，相邻波纹的间距为0.05~0.2mm。优选的，步骤（2）所述无机晶须为氧化锌晶须、硼酸镁晶须、硼酸铝晶须、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须、碳酸钾晶须、碳化硅晶须、硫酸镁晶须中的至少一种。优选的，步骤（2）所述溶剂为乙二胺、水、甲醇、乙醇、丙三醇中的至少一种。优选的，步骤（2）所述膏状混合物中，以重量份计，其中：层状黏土25~32份、无机晶须22~30份、溶剂38~53份。优选的，步骤（2）所述固态热熔胶为聚酰胺热熔胶、乙烯-醋酸乙烯热熔胶、聚酯热熔胶、聚酯酰胺热熔胶中的至少一种。优选的，步骤（3）定径孔的内径为0.02~0.5mm。由上述方法制备得到的一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材，通过在丝材的波谷处进行填充增强增韧填料，并由热熔胶焊接固定，实现了对聚合物丝材的增强增韧改性，在进行打印时波谷处的晶须对打印坯体起到良好的支撑作用，无需支撑材料，简化了打印步骤。测试本专利技术制备的聚合物波纹丝材的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度，并与ABS塑料丝材及聚碳酸酯丝材相对比，本专利技术的方法具有明显优势，如表1所示。表1：性能指标本专利技术ABS塑料丝材聚碳酸酯丝材拉伸强度（MPa）30~4030-3525-30断裂伸长率（%）78~8645~5055~65冲击强度（kJ/m2）45~5513~1522~26本专利技术提供了一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、提出了将丝材浸入含层状黏土、无机晶须等的膏状混合物制备3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材的方法。2、通过在丝材的波谷处进行填充增强增韧填料，并由热熔胶焊接固定，实现了对聚合物丝材的改性，所得丝材强度高，韧性好。3、通过制备过程中的填料和热熔胶固定，进行打印时波谷处的晶须对打印坯体起到良好的支撑作用，无需支撑材料，打印步骤简单，成本低，可推广应用。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本专利技术的范围内。实施例1（1）采用波纹拉丝机将聚合物熔融并挤出，制得具有等距、等深波纹的聚合物丝材；波纹拉丝机为LT型水箱式拉丝机；聚合物为聚乙烯；波纹的深度为0.03mm，相邻波纹的间距为0.12mm；（2）将步骤（1）制得的聚合物丝材浸入由层状黏土、无机晶须及溶剂组成的膏状混合物中，然后采用真空抽滤除去溶剂，并立即使用固态热熔胶进行激光焊接，制得负载有填料的聚合物丝材；无机晶须为氧化锌晶须；溶剂为乙二胺；固态热熔胶为聚酰胺热熔胶；以重量份计，其中：层状黏土29份、无机晶须26份、溶剂45份；（3）将步骤（2）制得的负载有填料的聚合物丝材通过定径孔，即可制得表面光滑的、均匀包裹增强增韧填料的聚合物丝材；定径孔的内径为0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：（1）采用波纹拉丝机将聚合物熔融并挤出，制得具有等距、等深波纹的聚合物丝材；（2）将步骤（1）制得的聚合物丝材浸入由层状黏土、无机晶须及溶剂组成的膏状混合物中，使膏状物填满丝材的各个波谷，然后采用真空抽滤除去溶剂，并立即使用固态热熔胶进行激光焊接，使层状黏土与无机晶须牢固固定于丝材的波谷中，制得负载有填料的聚合物丝材；（3）将步骤（2）制得的负载有填料的聚合物丝材通过定径孔，即可制得表面光滑的、均匀包裹增强增韧填料的聚合物丝材。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：（1）采用波纹拉丝机将聚合物熔融并挤出，制得具有等距、等深波纹的聚合物丝材；（2）将步骤（1）制得的聚合物丝材浸入由层状黏土、无机晶须及溶剂组成的膏状混合物中，使膏状物填满丝材的各个波谷，然后采用真空抽滤除去溶剂，并立即使用固态热熔胶进行激光焊接，使层状黏土与无机晶须牢固固定于丝材的波谷中，制得负载有填料的聚合物丝材；（3）将步骤（2）制得的负载有填料的聚合物丝材通过定径孔，即可制得表面光滑的、均匀包裹增强增韧填料的聚合物丝材。2.根据权利要求1所述一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述波纹拉丝机为LT型水箱式拉丝机、LW型滑轮式拉丝机、LS型双卷筒式拉丝机中的一种。3.根据权利要求1所述一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯硫醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。4.根据权利要求1所述一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述波纹的深度为0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，昝航，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51