三维成型丝料及FDM三维成型方法技术

本发明专利技术提供一种三维成型丝料和FDM三维成型方法，三维成型丝料由以下组分的原料制成：无机粉末、粘结剂和助剂，无机粉末的含量为90wt％以上；其中粘结剂由POM和TPE组成，POM的熔点在180℃至190℃之间，TPE的邵氏硬度在0至10度之间；助剂由硅酮粉润滑剂和氧化锌热稳定剂组成。本发明专利技术的三维成型丝料柔韧性好，易于绕线，且打印不容易堵头，打印出的三维物体不易分层。

【技术实现步骤摘要】
三维成型丝料及FDM三维成型方法
本专利技术涉及三维打印
，具体是涉及一种三维成型丝料及FDM三维成型方法。
技术介绍
三维(3D)快速成型(打印)，也被称为增材制造，基本原理是通过打印或铺设连续的材料层来产生三维物体。三维快速成型备或三维打印机通过转换物体的三维计算机模型并产生一系列截面切片来工作，然后打印每个切片，一个在另一个的顶部上，从而产生最终的三维物体。三维快速成型的方法主要包括的类型为：立体平板印刷或光固化(Stereolithography,SLA)、分层实体制造(Laminatedobjectmanufacturing,LOM)、选择性激光烧结(Selectivelasersintering,SLS)、熔融沉积成型(Fuseddepositionmodeling,FDM)。目前，市面上FDM类型的三维打印机(成型机)最为常见，这种类型的三维打印机的成本较低，且打印的操作过程较为便利，初学者容易掌握。其主要原理是将线状丝材如PLA(聚乳酸)通过高温(通常为200℃至500℃范围内)喷嘴熔融，然后利用后续线材的连续挤压，将熔融状的材料通过喷嘴出口挤出，然后熔融状材料在打印平台上层层堆积而产生三维物体。例如，在申请号为CN201410827191.9、CN201510054483.8和CN201510313735.4的中国专利技术专利申请文件中就记载了FDM类型的三维打印机的结构特征及其工作原理。FDM三维打印机的打印材料通常为丝状线材，这种丝状线材一般是缠绕在丝料盒(丝料盘)装置上，例如在申请号为CN201410046863.2中国专利技术专利申请就公开了一种丝料盒，而在申请号为CN201410476655.6的中国专利技术专利申请中就公开了一种三维打印机的打印盒。这些类型的丝料盒(打印盒)可以用于装载、盘绕丝状材料如PLA打印材料。另外，对于粉末激光烧结成型(SLM)类型的3D打印，其基本原理是在打印平台上铺设一层粉末材料后再用激光选择性烧结，然后用粉末材料再铺设下一层再激光烧结一次，循环上述步骤后可得到三维立体实物。但是激光烧结的方式需要耗费大量的能源才能使得粉末材料在高温熔化后成型，并且这种3D打印设备需要非常专业的维护，消耗的成本极大。例如在申请号为CN201420377082.7的中国技术专利申请中公开了一种金属粉末激光烧结三维打印机，其通过铺粉辊完成打印平台上的铺粉工作，之后再进行选择性激光烧结，但是这种打印机不仅铺粉工作的效率不高，而且激光烧结的过程需要耗费大量能源且也会降低工作效率。此外，在申请号为CN201310089876.3的中国专利技术专利提供一种打印金属与高分子粘结剂的混合材料成型的方法，而在申请号为CN201610270383.3的中国专利技术专利申请公开的打印方法中，其包括了初步成型步骤，用加热装置对所述三维打印材料进行加热处理，加热装置的加热温度为50℃至300℃，黏结剂在50℃至300℃下将金属粉末黏结，把三维打印材料挤出在打印平台上形成初步固化物体，烧结步骤把初步固化物体烧结固化为成型物体。然而，上述金属三维物体的打印效率仍然不足，或者其实现难度较大。如果把金属材料制作为可弯曲的金属丝状材料，同时能够在FDM三维打印机通常设定的温度下形成三维物体，这样会极大地提升金属三维物体的成型效率。然而，现有的金属材料无法制作成为丝状材料，并且这种丝状材料根本无法弯曲，弯曲的时候非常容易折断，无法弯曲的后果就是不能够绕在丝料盘上，因此，其在FDM三维打印机上的应用就受到了明显的限制。在申请号为CN201610877070.4的中国专利技术专利申请中公开了一种三维成型丝料，通过在金属、陶瓷或玻璃材料的基料中加入柔韧性增强剂(邻苯二甲酸二辛脂和邻苯二甲酸二丁脂的混合物)、粘结剂、分散剂和稳定剂，从而制备出一种可以绕卷在丝料盘上的三维成型丝料。然而，使用这种三维成型丝料打印出来的三维物体存在层与层之间容易分层开裂的现象，严重的影响了打印出来的三维物体的使用。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种柔韧性好、易于绕线、打印过程中不易堵头、获得三维成型物体不易分层的三维成型丝料。本专利技术的第二目的是提供一种上述三维成型丝料的FDM三维成型方法。为了实现上述的第一目的，本专利技术提供一种三维成型丝料，由以下组分的原料制成：无机粉末、粘结剂和助剂，其中，无机粉末为金属粉末或陶瓷粉末，无机粉末的含量为90wt％以上，粘结剂由POM和TPE组成，POM的熔点在180℃至190℃之间，TPE的邵氏硬度在0至10度之间，助剂由硅酮粉润滑剂和氧化锌热稳定剂组成。实验表明，当POM的熔点在180℃至190℃之间、TPE的邵氏硬度在0至10度之间时，获得的三维成型丝料柔韧性好，易于绕线，且打印不容易堵头，打印出的三维物体不易分层，同时，三维成型丝料中的无机粉末含量可以高达90wt％以上，打印出的三维物体不易变形。进一步的方案是，金属粉末的含量为91wt％，粘结剂的含量为7wt％，助剂的含量为2wt％。可见，该方案可以获得金属基三维成型丝料，可以打印金属产品。进一步的方案是，金属粉末为铁粉或钛粉。进一步的方案是，金属粉末的粒径小于或等于30μm。进一步的方案是，铁粉采用粒径为10μm至30μm的气雾化铁粉。气雾化铁粉的粒径更加均匀，纯度更高，大大降低了金属粉末中杂质的含量，由此获得的三维成型丝料的性能更好。进一步的方案是，钛粉采用粒径为10μm至30μm的气雾化钛粉。气雾化铁粉的粒径更加均匀，纯度更高，大大降低了金属粉末中杂质的含量，由此获得的三维成型丝料的性能更好。进一步的方案是，陶瓷粉末的含量为90wt％，粘结剂的含量为7wt％，助剂的含量为3wt％。更进一步的方案是，POM为均聚POM，粘结剂中POM和TPE的组分比为1:1。与共聚POM相比，均聚POM结晶度高，热膨胀率更低，搞蠕变性和耐磨性更好。进一步的方案是，助剂中硅酮粉润滑剂和氧化锌热稳定剂的组分比为1:1。为了实现上述的第二目的，本专利技术提供的FDM三维成型方法，包括以下步骤：在FDM三维打印机内，从打印头的输入端输入如权利要求1至9任一项的三维成型丝料，从打印头的喷嘴端挤出熔融状的材料，熔融状的材料经过层层堆积形成初步成型物体，然后将初步成型物体进行脱脂处理，最后放置在真空、1360℃高温环境下烧结，得到成型物体。具体实施方式本专利技术的三维成型丝料由以下组分的原料制成：无机粉末、粘结剂和助剂。其中，无机粉末为金属粉末或陶瓷粉末，无机粉末的含量可以达到90wt％(重量百分比，下同)以上。粘结剂由POM(聚甲醛)和TPE(热塑性弹性材料)组成，POM优选均聚POM，粘结剂中POM和TPE的组分比为1:1。助剂由硅酮粉润滑剂和氧化锌热稳定剂组成，助剂中硅酮粉润滑剂和氧化锌热稳定剂的组分比为1:1。将上述原料混合，通过螺杆挤出机、成型挤出机头对混合好的原料进行挤压成型，得到线材，将线材通过拉丝机进行拉丝，得到直径一致的三维成型丝料。金属基三维成型丝料实施例在本实施例中，无机粉末为金属粉末，金属粉末的含量为91wt％，粘结剂的含量为7wt％，助剂的含量为2wt％。优选地，金属粉末选用铁粉或钛粉，金属粉末的粒径小于或等于30μm。更优选地，铁粉采用粒径为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维成型丝料，其特征在于，由以下组分的原料制成：无机粉末，所述无机粉末为金属粉末或陶瓷粉末，所述无机粉末的含量为90wt％以上；粘结剂，所述粘结剂由POM和TPE组成，所述POM的熔点在180℃至190℃之间，所述TPE的邵氏硬度在0至10度之间；助剂，所述助剂由硅酮粉润滑剂和氧化锌热稳定剂组成。

【技术特征摘要】
1.一种三维成型丝料，其特征在于，由以下组分的原料制成：无机粉末，所述无机粉末为金属粉末或陶瓷粉末，所述无机粉末的含量为90wt％以上；粘结剂，所述粘结剂由POM和TPE组成，所述POM的熔点在180℃至190℃之间，所述TPE的邵氏硬度在0至10度之间；助剂，所述助剂由硅酮粉润滑剂和氧化锌热稳定剂组成。2.根据权利要求1所述的三维成型丝料，其特征在于：所述金属粉末的含量为91wt％，所述粘结剂的含量为7wt％，所述助剂的含量为2wt％。3.根据权利要求2所述的三维成型丝料，其特征在于：所述金属粉末为铁粉或钛粉。4.根据权利要求3所述的三维成型丝料，其特征在于：所述金属粉末的粒径小于或等于30μm。5.根据权利要求4所述的三维成型丝料，其特征在于：所述铁粉采用粒径为10μm至30μm的气雾化铁粉。6.根据权利要求4所述的三...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏健强，涂志军，
申请(专利权)人：珠海天威飞马打印耗材有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44