一种3D打印用料、其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种3D打印用料、其制备方法和用途，所述3D打印用料为线状，按体积百分含量，包括16～82％的非金属材料、17.9～83％的第一粘结剂和第二粘结剂0.1～1％；其通过将非金属材料预处理后与第一粘结剂混合，挤出得到；所述3D打印用料由于非金属材料的固含量显著提升，其得到的3D打印产品高温烧结尺寸收缩小且变异少，产品良率提升；避免了对原料的浪费，可以通过控制不同线径以及控制加热温度来控制产品表面的精度，提高产品的质量；另外，所述3D打印用料可通过简单的热电偶进行加热熔融，减少了能耗，降低了生产成本，可快速打印制作复杂的产品，缩短开发流程，实现量产普及化。

3D printing material, preparation method and application thereof

The invention provides a 3D printing material, a preparation method and a use thereof. The 3D printing material is linear and comprises 16-82% non-metallic material, 17.9-83% first binder and 0.1-1% second binder according to volume percent content, which is obtained by mixing the non-metallic material with the first binder after pretreatment. As the solid content of the non-metallic materials is significantly increased, the 3D printing products obtained by the 3D printing materials have small shrinkage and variation in high temperature sintering size, and the product yield is improved; the waste of raw materials is avoided, and the surface accuracy of the products can be controlled by controlling different sizes and heating temperatures to improve the quality of the products. In addition, the 3D printing material can be heated and melted by a simple thermocouple, which reduces energy consumption, reduces production cost, can quickly print complex products, shortens the development process, and realizes mass production popularization.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印用料、其制备方法和用途
本专利技术属于3D打印
，涉及一种3D打印用料、其制备方法和用途。
技术介绍
3D打印(3Dprinting)技术又称三维打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。诸如灯罩、身体器官、珠宝、根据球员脚型定制的足球靴、赛车零件、固态电池以及为个人定制的手机、小提琴等产品都可以用该技术制造出来。3D打印技术实际上是一系列快速原型成型技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件。目前市场上的快速成型技术分为3DP技术、SLA(全称Service-LevelAgreement)立体光固化技术、SLS(全称SelectiveLaserSintering)选择性激光烧结技术、DMLS(全称DirectMetalLaser-Sintering)直接金属激光烧结技术及FDM(全称FusedDepositionModeling)熔融层积成型技术等。3D打印技术最早应用在塑料材料上。FDM熔融层积成型技术是目前主要方式，它是将热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度(即分层厚度)继续成型，直至形成整个实体造型。其成型材料种类多，成型件精度较高、价格便宜，主要适用于成型小塑料件。然而这种方式产生的塑料产品强度低并不能满足客户的要求。为了增加产品的强度，改善产品的性能，DMLS技术采用合金粉体材料为原料，利用金属经聚焦后之能量激光将原料熔融后进行3D打印迭层。其具有高精度、高强度，速度快，成品表面光滑等特点，一般应用于航空航天以及工业用配件制造行业，可用于高阶模具设计等。但激光烧结设备复杂，制备过程能耗高，综合考虑产品分辨率、设备费用、产品外观要求及量产能力等因素，目前仍无法大量普及应用且不适合高熔点的非金属材料使用。所以目前非金属材料的3D打印方式一般是使用SLA(全称Service-LevelAgreement)立体光固化技术来满足目前工业的需求，此工艺需要经过成型、脱脂、烧结等制程。而且使用浆料状态故其产品的烧结收缩率偏大，热变形也大。CN106270510A中公开了一种利用塑料3D打印机打印制造金属/合金零件的方法，该方法包括烧结原材料前处理、原材料包覆、粉末还原、3D打印、脱脂、烧结等步骤。CN106426916A中公开了一种3D打印方法，包括：混合粉末状待加工材料及粉末状尼龙材料；采用选择性激光烧结技术熔化所述尼龙材料以粘结所述待加工材料形成生坯；加热所述生坯进行热脱脂以使所述尼龙材料挥发；加热所述生坯至所述待加工材料的烧结温度以对所述生坯进行烧结；将所述生坯的环境温度降至室温以得到致密零件。上述两种方法虽然都将粉末注塑成型和3D打印技术相结合，但是其喂料模式均为粉状或颗粒状，主要存在以下缺点：使用粉状或颗粒状的原料进行3D打印时，需要将原料由下至上逐层在全区铺展涂布，大大增加了喂料量，造成了材料的浪费。在熔融过程中由于热区过大，材料之间易熔融交联，使用激光加热熔解结合时，因高分子材料的熔点低而易造成周边材料也被加热熔融，进而影响其产品精度及外观。同时粉体状或颗粒状喂料的形态不规则，因此无法进行有效均匀的涂布，易造成产品表面厚度不均。CN104669407A公开了陶瓷打印的方式是在每一层石蜡上添加陶瓷粉体，这种方式容易造层分析及产品接合强度问题。随后有浆料陶瓷粉体的模式被提出，进而演化至光固化浆料模式。光固化浆料为维持其高流动性以达到快速稳定铺排工作台面，其陶瓷粉体固含量偏低，导致后制程烧结收缩率偏高使得产品容易变形。CN105728729A公开了一种金属/陶瓷粉末成形方法，包括步骤如下：将热塑性粘结剂与金属粉末或者陶瓷粉末混合，并挤出成型用于熔融沉积型3D打印机的打印材料。但是，该成型方法得到的打印材料的粉体固含量无法提升，只能达到14％～15％，且使用该打印材料打印出的产品的高温烧结收缩率高达47％～48％，而正常CIM中的高温烧结收缩率在20％～30％，随着黏结剂的增多产品在高温烧结容易变形扭曲，因此不利于量产。CN106984805A公开了一种3D打印用喂料及其制备方法和应用，所述喂料为高分子粘结剂包裹的金属粉体，呈线状。所述线状喂料经由3D打印机打印出预设形状的生坯后，依次经过脱脂、烧结，可得到结构复杂、精度高的金属产品。但是，该制备方法无法用于非金属材料，因为金属粉体粒度分布D90在20～25μm(指粒径在20～25μm以下的颗粒占总物料的90wt％)，而非金属粉体粒度分布D90在0.5～1.0μm(粗粒径的非金属粉体得到的3D打印用料会导致产品存在烧结致密性问题，密度会偏低，机械性能也会降低)，所以单位重量下的非金属粉体的总体表面积远大于金属粉体的总体表面积，在相同的高分子粘结剂的含量下非金属材料的流动性远低于金属材料的流动性。在此情况下无法将非金属材料制备成高固含量的线材，进而用于3D打印。因此，使非金属材料可以运用此工艺技术来达到与金属材料相同的效果是业者努力的方向。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种3D打印用料、其制备方法和用途，所述3D打印用料中非金属材料的固含量显著提升，其得到的3D打印产品高温烧结尺寸收缩小且变异少，产品良率提升；同时避免了现有粉末注射成型技术与3D打印技术光敏树酯结合时，因喂料固化形态而导致的原料浪费、设备复杂昂贵和精度不足等问题，其制备方法简单，可广泛用于3D打印。本专利技术如无特殊说明，所述vol％是指体积百分含量，wt％是指质量百分含量。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种3D打印用料，所述3D打印用料为线状，按体积百分含量，包括如下组分：非金属材料16～82％；第一粘结剂17.9～83％第二粘结剂0.1～1％。所述3D打印用料中非金属材料的体积百分含量为16～82％，如16％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％或82％等；第一粘结剂的体积百分含量为17.9～83％，如17.9％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％或82％等；第二粘结剂的体积百分含量为0.1～1％，如0.2％、0.3％、0.5％、0.8％或0.9％等。本领域技术人员公知，所述3D打印用料中的组分总的体积百分含量之和应为100％。所述3D打印用料中非金属材料的固含量显著提升，其得到的3D打印产品高温烧结尺寸收缩小且变异少，产品良率提升；同时避免了现有粉末注射成型技术与3D打印技术光敏树酯结合时，因喂料固化形态而导致的原料浪费、设备复杂昂贵和精度不足等问题。本领域技术人员公知，所述第一粘结剂和第二粘结剂在制备打印件后的脱脂及高温烧结过程中能够脱除。本专利技术提供的3D打印用料应用于3D打印时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印用料，其特征在于，所述3D打印用料为线状，按体积百分含量，包括如下组分：非金属材料                         16～82％；第一粘结剂                         17.9～83％第二粘结剂                         0.1～1％。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印用料，其特征在于，所述3D打印用料为线状，按体积百分含量，包括如下组分：非金属材料16～82％；第一粘结剂17.9～83％第二粘结剂0.1～1％。2.根据权利要求1所述的3D打印用料，其特征在于，所述线状3D打印用料的直径为0.1～5mm，优选为1～3mm，更优选为1.75mm；优选地，所述非金属材料的粒度分布D90为0.5～1.0μm；优选地，所述非金属材料选自氧化物陶瓷材料、碳化物陶瓷材料、氮化物陶瓷材料或石墨材料中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述第一粘结剂选自塑基粘结剂和/或蜡基粘结剂；优选地，所述第二粘结剂选自热固性高分子材料和/或热塑性高分子材料，优选为热固性高分子材料；优选地，所述热固性高分子材料选自酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂或聚氨酯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述热塑性高分子材料选自聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯酸类塑料、聚砜或聚苯醚中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的3D打印用料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将配方量的非金属材料与配方量的第二粘结剂混合后进行造粒，得到粒料；(2)将所述粒料与配方量的第一粘结剂混合，得到混合料；(3)将所述混合料挤出，得到所述3D打印用料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述非金属材料的粒度分布D90为0.5～1.0μm；优选地，步骤(1)所述粒料的粒度分布D90为30～100μm，优选为30～50μm；优选地，步骤(1)所述造粒为喷雾干燥造粒；优选地，步骤(2)所述混合包括混炼；优选地，所述混炼时腔体的温度为165～220℃，优选为175～200℃，进一步优选为185℃；优选地，所述混炼的时间为0.5～2h，优选为1h...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯春树，周龙金，侯文洁，
申请(专利权)人：昆山卡德姆新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32