一种3D打印增强耗材及其制备方法技术

本发明专利技术适用于3D打印耗材的技术领域，公开了一种3D打印增强耗材，以重量份为单位，包括以下原料：聚乳酸母粒100～110份、碳纤维粉末10～40份、芳纶纤维粉末10～50份、磷酸溶液30～40份、硅烷偶联剂40～50份、硬脂酸钠10～15份。碳纤维和芳纶纤维力学性能好，增强效果显著，本发明专利技术采用碳纤维和芳纶纤维粉末制备纤维增强聚乳酸复合耗材，通过对纤维粉末进行改性，提高纤维与聚乳酸基的结合效果，不需要对现有的3D打印机进行任何的改造，在耗材制备阶段加入短纤维增强，提高了3D打印制件的力学性能，还针对该3D打印增强耗材提出了制备方法，保证能够挤出符合3D打印要求的耗材，扩展3D打印技术和产品的应用范围。

A 3D printing enhancement consumable and its preparation method

The invention is applicable to the technical field of 3D printing consumables, and discloses a kind of 3D printing enhancement consumables, which takes weight as unit, including the following raw materials: 100-110 copies of polylactic acid masterbatch, 10-40 copies of carbon fiber powder, 10-50 copies of aramid fiber powder, 30-40 copies of phosphoric acid solution, 40-50 copies of silane coupling agent and 10-15 copies of sodium stearate. Carbon fibers and aramid fibers have good mechanical properties and remarkable reinforcing effect. The invention uses carbon fibers and aramid fibers powder to prepare fiber reinforced polylactic acid composite consumables. By modifying the fiber powder, the combination effect of fiber and polylactic acid group is improved. No modification of the existing 3D printer is needed. Short fibers are added in the preparation stage of consumables to improve 3D printing. According to the mechanical properties of the parts, the preparation method of the 3D printing reinforcement consumables is proposed to ensure that the consumables meeting the requirements of 3D printing can be extruded, and the application scope of the 3D printing technology and products can be extended.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印增强耗材及其制备方法
本专利技术涉及3D打印耗材的
，特别涉及一种3D打印增强耗材及其制备方法。
技术介绍
3D打印，是根据所设计的3D模型，通过3D打印设备逐层增加材料制造三维产品的技术，这种逐层堆积成型的技术又被称为增材制造，3D打印技术综合了数字建模技术、机电控制技术、软件信息技术、材料科学与化工等诸多领域的前沿技术，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命的核心技术”。与传统制造技术相比，3D打印具有材料利用率高，成型快，精度高，设计灵活等优点。3D打印技术具有很高的加工柔性和很快的市场响应速度，在工业建筑、服装、艺术、航天、军事等领域具有良好的应用。虽然3D打印技术具有传统加工制造无法比拟的优势，但3D打印技术也存在缺点，材料是限制3D打印技术发展的主要因素。对于目前普及最广的熔融沉积(FDM)3D打印技术所使用的PLA和ABS等耗材，存在打印件力学性能较差的缺点，限制了3D打印技术和产品的应用和发展。纤维增强复合材料具有优异的力学性能，能够实现轻质、高性能结构的制造，是目前研究和应用最多的一种复合材料。在3D打印耗材中加入增强纤维，不仅能够提高3D打印制件的性能，而且可以充分利用3D打印设计灵活，成型较快，工艺简单的优势，为纤维增强不饱和树脂基复合材料提供了一种高效灵活的制备方法。采用纤维增强3D打印制件，目前主要有两种方式，一种是在耗材成型后，在3D打印时，将耗材与纤维从同一喂入口喂入，两者从喷嘴共同挤出打印至平台上；另一种是在制备3D打印耗材时，将高性能的短纤维粉与制备3D打印耗材的母粒共混、熔融、挤出，制备纤维增强复合3D打印耗材。采用将纤维与耗材共同喂入的方式，需要对3D打印装置及3D打印软件控制进行一定的调整，难度较大，目前市场上还没有可以添加纤维与原有的3D打印耗材共同打印的FDM3D打印机。为了解决以上问题，本专利技术采取制备短纤维粉增强3D打印复合耗材的方式，不需要对现有的3D打印机进行任何的改造，在耗材制备阶段加入短纤维增强，提高了3D打印制件的力学性能，扩展3D打印技术和产品的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种3D打印增强耗材及其制备方法，其旨在扩大3D打印技术和产品的应用范，解决现有技术中熔融沉积(FDM)3D打印制件力学性能较差的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提出了一种3D打印增强耗材，其特征在于：以重量份为单位，包括以下原料：作为优选，以重量份为单位，包括以下原料：聚乳酸母粒100份；碳纤维粉末15份；芳纶纤维粉末15份；磷酸溶液30份；硅烷偶联剂40份；硬脂酸钠10份。作为优选，以重量份为单位，包括以下原料：聚乳酸母粒105份；碳纤维粉末10份；芳纶纤维粉末20份；磷酸溶液35份；硅烷偶联剂45份；硬脂酸钠12份。作为优选，以重量份为单位，包括以下原料：聚乳酸母粒110份；碳纤维粉末20份；芳纶纤维粉末10份；磷酸溶液40份；硅烷偶联剂50份；硬脂酸钠15份。作为优选，所述的聚乳酸母粒采用美国NatureWorks生产的牌号为4032D的PLA母粒。作为优选，所述的碳纤维粉末的细度为300目、直径为7微米；芳纶纤维粉末的细度为600目、直径为9微米。作为优选，所述的硅烷偶联剂采用KH-560硅烷偶联剂。本专利技术还提出了一种3D打印增强耗材的制备方法，包括如下步骤：第一步、利用硅烷偶联剂在50～60℃条件下对分别对碳纤维短纤和芳纶纤维短纤进行改性处理，而后，对芳纶纤维短纤继续采用磷酸溶液在50～60℃条件下进行改性处理；第二步、改性处理后取出碳纤维短纤和芳纶纤维短纤放入干燥箱中进行干燥处理；第三步、将干燥后的碳纤维短纤和芳纶纤维短纤、聚乳酸母粒、硬脂酸钠混入中药粉碎机中物理共混；第四步、将共混后的原料加入双螺杆挤出机中熔融挤出。作为优选，所述的第一步中碳纤维短纤和芳纶纤维短纤的改性处理总时间均为1h；所述的第二步中干燥箱的温度设置为80℃，干燥时间为5h；所述的第三步中物理共混时间为3min。作为优选，所述的第四步中双螺杆挤出机采用SJZS-10A型双螺杆挤出机，双螺杆挤出机各区的温度设置为160～170℃、160～180℃、160～180℃、160～180℃，螺杆转速为30～40r/min，喂料速度为10～20r/min，所述的双螺杆挤出机的挤出机模口内径为1.75mm，外径为7.1mm。本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术提供的一种3D打印增强耗材，高性能纤维主要有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，碳纤维和芳纶纤维力学性能好，增强效果显著，本专利技术采用碳纤维粉末和芳纶纤维粉末制备纤维增强聚乳酸复合耗材，通过对纤维粉末进行改性，提高纤维与聚乳酸基的结合效果，提高3D打印制品的综合力学性能，不需要对现有的3D打印机进行任何的改造，在耗材制备阶段加入纤维粉末增强，提高了3D打印制件的力学性能，还针对该3D打印增强耗材提出了制备方法，并且为了制备出符合3D打印尺寸的耗材，设计制造特定的挤出机模口，保证能够挤出符合3D打印要求的耗材，扩展3D打印技术和产品的应用范围。本专利技术的特征及优点将通过实施例进行详细说明。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。实施例1、本专利技术实施例提出的一种3D打印增强耗材的制备方法，首先，利用化学试剂硅烷偶联剂40份在50℃条件下对碳纤维短纤30份进行改性处理，改性处理时间为1h；改性处理后取出碳纤维短纤放入80℃干燥箱中进行干燥处理，干燥时间为5h；接着，将干燥后的碳纤维短纤、聚乳酸母粒100份、硬脂酸钠10份混入中药粉碎机中物理共混3min；最后将共混后的原料加入SJZS-10A型双螺杆挤出机中熔融挤出，双螺杆挤出机各区的温度设置为165℃、170℃、170℃、175℃，螺杆转速为35r/min，喂料速度为15r/min，为了制备出符合3D打印尺寸的耗材，设计制造特定的挤出机模口，挤出机模口内径为1.75mm，外径为7.1mm。实施例2、本专利技术实施例提出的一种3D打印增强耗材的制备方法，首先利用化学试剂硅烷偶联剂40份在50℃条件下对芳纶纤维短纤40份进行改性处理，硅烷偶联剂改性处理完成后取出芳纶纤维短纤，再用磷酸溶液30份在60℃条件下继续对芳纶纤维短纤进行改性处理，总改性处理时间为1h；改性处理后取出芳纶纤维短纤放入80℃干燥箱中进行干燥处理，干燥时间为5h；接着将干燥后的芳纶纤维短纤、聚乳酸母粒100份、硬脂酸钠10份混入中药粉碎机中物理共混3min；最后，将共混后的原料加入SJZS-10A型双螺杆挤出机中熔融挤出，双螺杆挤出机各区的温度设置为165℃、170℃、170℃、175℃，螺杆转速为35r/min，喂料速度为15r/min，为了制备出符合3D打印尺寸的耗材，设计制造特定的挤出机模口，挤出机模口内径为1.75mm，外径为7.1mm。实施例3、本专利技术实施例提出的一种3D打印增强耗材的制备方法，首先利用化学试剂硅烷偶联剂40份在50本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印增强耗材，其特征在于：以重量份为单位，包括以下原料：

【技术特征摘要】
1.一种3D打印增强耗材，其特征在于：以重量份为单位，包括以下原料：2.如权利要求1所述的一种3D打印增强耗材，其特征在于：以重量份为单位，包括以下原料：聚乳酸母粒100份；碳纤维粉末15份；芳纶纤维粉末15份；磷酸溶液30份；硅烷偶联剂40份；硬脂酸钠10份。3.如权利要求1所述的一种3D打印增强耗材，其特征在于：以重量份为单位，包括以下原料：聚乳酸母粒105份；碳纤维粉末10份；芳纶纤维粉末20份；磷酸溶液35份；硅烷偶联剂45份；硬脂酸钠12份。4.如权利要求1所述的一种3D打印增强耗材，其特征在于：以重量份为单位，包括以下原料：聚乳酸母粒110份；碳纤维粉末20份；芳纶纤维粉末10份；磷酸溶液40份；硅烷偶联剂50份；硬脂酸钠15份。5.如权利要求1至4任意一项所述的一种3D打印增强耗材，其特征在于：所述的聚乳酸母粒采用美国NatureWorks生产的牌号为4032D的PLA母粒。6.如权利要求1至4任意一项所述的一种3D打印增强耗材，其特征在于：所述的碳纤维粉末的细度为300目、直径为7微米；芳纶纤维粉末的细度为600目、直径为9微米。7.如权利要求1至4任意一项所述的一种3D打印增强耗材，其特征在于：所述的硅烷偶联剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝成炎，宋星，田伟，金肖克，孙婷，孙艺博，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33