一种3D打印用发泡线材及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种3D打印用发泡线材及其制备方法和应用，该3D打印用发泡线材的原料包含结晶性聚合物树脂和发泡剂，发泡剂的起发温度小于或等于结晶性聚合物树脂的熔点，结晶性聚合物树脂的最小半结晶期大于40秒；在制备该3D打印用发泡线材的过程中：控制结晶性聚合物树脂在与发泡剂共混熔融挤出之前、共混熔融挤出之时均处于无定形状态，且控制结晶性聚合物树脂与发泡剂共混熔融挤出的温度低于发泡剂的起发温度；在制成的3D打印用发泡线材中，结晶性聚合物树脂具有结晶区；可以采用熔融沉积成型方法将上述发泡线材制成3D打印制品，具有打印成功率高、发泡程度易控制、性能优异等优点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印用发泡线材及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及3D打印
，具体涉及一种3D打印用发泡线材及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近十多年来，3D打印技术发展非常迅速，目前已经在各行业产生了大量实际应用，如航空航天、生物医疗、军工、教育等，作为一种新的加工技术大大弥补了传统加工方式的不足。目前常见的3D打印技术主要分为熔融沉积造型技术(FDM法)、光固化立体成型(SLA法)、选择性激光烧结成型技术(SLS法)。其中FDM法因为其价格低廉，并且可选择材料众多、易于操作等原因得到了广泛应用。
[0003]发泡材料是指能在材料内部气化产生气泡使之成为多孔物质的发泡的材料，可在较少损失材料性能的前提下降低材料密度和用量，同时满足材料的轻质高强度和功能性要求。目前发泡材料的制备方法基本集中在传统制造领域，无论是物理发泡、化学发泡还是机械发泡方法在生产过程中都需要使用模具，开模费用高、开发周期长，而3D打印技术在无模具生产方面有着独特优势。
[0004]目前，在采用FDM型3D打印技术进行发泡制品的制备时，通常需要将发泡材料(包含树脂、发泡剂以及选择性包含的抗氧剂、润滑剂和色母粒等中的一种或多种，树脂通常采用PLA(聚乳酸)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PPS(聚苯硫醚)或者NYLON(尼龙))用熔融挤出的方式生产成FDM发泡线状耗材(通常的直径为1.75mm或2.85mm)，然后将FDM发泡线状耗材导入3D打印机内通过一对挤出轮夹紧线材并输送入一个喉管中，然后再进入加热口模中，口模大小一般为0.1
‑
1mm，FDM线状耗材经过加热后再次融化并通过喷头挤出细丝；需要打印的模型文件经过电脑切片软件处理，将模型文件沿水平X
‑
Y方向根据设置的厚度切成薄片并在每层规划出喷头的移动路径，切片厚度一般设置为喷头大小的1/2左右。3D打印机有X、Y和Z方向移动机构，打印时根据电脑切片的规划路径带动喷头边移动边挤出塑料丝，打印完成后即得到一个实体模型。
[0005]然而，实践下来，还或多或少地存在如下一些问题：
[0006](1)FDM发泡线状耗材容易出现脆断现象，提高了3D打印的难度，并且降低了可靠性；
[0007](2)打印出的零件内部难以形成稳定致密的泡孔结构，难以获得满意的打印效果；
[0008](3)难以根据实际需求调控最终所需制品的密度；
[0009](4)发泡制品的性能出现了显著的下降。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是克服现有技术中的一个或多个不足，提供一种改进的3D打印用发泡线材。
[0011]本专利技术同时还提供了一种上述3D打印用发泡线材的制备方法。
[0012]本专利技术同时还提供了一种采用上述3D打印用发泡线材制备的3D打印发泡制品。
[0013]为达到上述目的，本专利技术采用的一种技术方案是：
[0014]一种3D打印用发泡线材，该3D打印用发泡线材的原料包含结晶性聚合物树脂和发泡剂，所述发泡剂的起发温度小于或等于所述结晶性聚合物树脂的熔点，所述结晶性聚合物树脂的最小半结晶期大于40秒；
[0015]在制备该3D打印用发泡线材的过程中：控制所述结晶性聚合物树脂在与所述发泡剂共混熔融挤出之前、共混熔融挤出之时均处于无定形状态，且控制所述结晶性聚合物树脂与所述发泡剂共混熔融挤出的温度低于所述发泡剂的起发温度；
[0016]在制成的所述3D打印用发泡线材中，所述结晶性聚合物树脂具有结晶区。
[0017]本专利技术中，“发泡剂的起发温度”是指发泡剂开始发泡的最低温度。
[0018]根据本专利技术的一些优选方面，所述结晶性聚合物树脂的最小半结晶期大于90秒。
[0019]根据本专利技术的一些优选方面，所述结晶性聚合物树脂的最小半结晶期大于120秒。
[0020]本专利技术中，“半结晶期”是指所述结晶性聚合物树脂在结晶过程中结晶进行到一半的时间。而“最小半结晶期”是指树脂的相对结晶度达到50％时所需要的时间。
[0021]根据本专利技术的一些优选且具体的方面，所述结晶性聚合物树脂为选自聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)和尼龙(NYLON)中的一种或多种的组合。
[0022]根据本专利技术，所述3D打印用发泡线材的表观密度为所述结晶性聚合物树脂密度的80％以上。进一步地，所述3D打印用发泡线材的表观密度为所述结晶性聚合物树脂密度的为85％以上。
[0023]本专利技术中，表观密度是指材料在自然状态下，单位体积的干质量。
[0024]根据本专利技术的一些优选方面，采用如下方法使所述结晶性聚合物树脂处于无定形状态：
[0025]将所述结晶性聚合物树脂和选择性的助剂采用螺杆挤出机进行熔融挤出，牵引成塑料条后立即进行冷却，使所述塑料条的温度降低到所述结晶性聚合物树脂的玻璃化转变温度以下，抑制所述结晶性聚合物树脂内部晶核形成和晶体生长，完成所述结晶性聚合物树脂的去结晶化，使所述结晶性聚合物树脂处于无定形状态。
[0026]根据本专利技术的一些优选方面，使所述结晶性聚合物树脂处于无定形状态的过程中，所述冷却采用冰水冷却、风冷冷却或干冰冷却。
[0027]根据本专利技术的一些优选方面，使所述结晶性聚合物树脂处于无定形状态的过程中，控制在10s内将所述塑料条的温度降低到所述结晶性聚合物树脂的玻璃化温度以下。进一步地，使所述结晶性聚合物树脂处于无定形状态的过程中，控制在5s内将所述塑料条的温度降低到所述结晶性聚合物树脂的玻璃化温度以下。更进一步地，使所述结晶性聚合物树脂处于无定形状态的过程中，控制在3s内将所述塑料条的温度降低到所述结晶性聚合物树脂的玻璃化温度以下。
[0028]在本专利技术的一些实施方式中，使所述结晶性聚合物树脂处于无定形状态的过程中，所述冷却采用冰水混合物。
[0029]根据本专利技术的一些优选方面，该3D打印用发泡线材采用如下方法(a)、方法(b)或方法(c)进行制备：
[0030]方法(a)：将所述原料中除所述发泡剂以外的组分共混后熔融挤出，牵伸出塑料条并冷却，使所述塑料条的温度在10s内降低到所述结晶性聚合物树脂的玻璃化转变温度以下，切粒，干燥，制成中间体颗粒；然后使中间体颗粒与所述发泡剂混合并在熔融挤出温度低于所述发泡剂的起发温度的条件下熔融挤出，获得3D打印用发泡线材；
[0031]方法(b)：将所述原料中除所述发泡剂以外的组分共混后熔融挤出，牵伸出第一塑料条并冷却，使所述第一塑料条的温度在10s内降低到所述结晶性聚合物树脂的玻璃化转变温度以下，切粒，干燥，制成第一中间体颗粒；然后使所述第一中间体颗粒与所述发泡剂混合并在熔融挤出温度低于所述发泡剂的起发温度的条件下熔融挤出，牵伸出第二塑料条并冷却，使所述第二塑料条的温度在10s内降低到所述结晶性聚合物树脂的玻璃化转变温度以下，切粒，干燥，制成第二中间体颗粒；使第二中间体颗粒在熔融挤出温度低于所述发泡剂的起发温度的条件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印用发泡线材，其特征在于，该3D打印用发泡线材的原料包含结晶性聚合物树脂和发泡剂，所述发泡剂的起发温度小于或等于所述结晶性聚合物树脂的熔点，所述结晶性聚合物树脂的最小半结晶期大于40秒；在制备该3D打印用发泡线材的过程中：控制所述结晶性聚合物树脂在与所述发泡剂共混熔融挤出之前、共混熔融挤出之时均处于无定形状态，且控制所述结晶性聚合物树脂与所述发泡剂共混熔融挤出的温度低于所述发泡剂的起发温度；在制成的所述3D打印用发泡线材中，所述结晶性聚合物树脂具有结晶区。2.根据权利要求1所述的3D打印用发泡线材，其特征在于，所述结晶性聚合物树脂的最小半结晶期大于90秒。3.根据权利要求1所述的3D打印用发泡线材，其特征在于，所述结晶性聚合物树脂的最小半结晶期大于120秒。4.根据权利要求1所述的3D打印用发泡线材，其特征在于，所述结晶性聚合物树脂为选自聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚和尼龙中的一种或多种的组合。5.根据权利要求1所述的3D打印用发泡线材，其特征在于，所述3D打印用发泡线材的表观密度为所述结晶性聚合物树脂密度的80％以上，优选为85％以上。6.根据权利要求1所述的3D打印用发泡线材，其特征在于，采用如下方法使所述结晶性聚合物树脂处于无定形状态：将所述结晶性聚合物树脂和选择性的助剂采用螺杆挤出机进行熔融挤出，牵引成塑料条后立即进行冷却，使所述塑料条的温度降低到所述结晶性聚合物树脂的玻璃化转变温度以下，抑制所述结晶性聚合物树脂内部晶核形成和晶体生长，完成所述结晶性聚合物树脂的去结晶化，使所述结晶性聚合物树脂处于无定形状态。7.根据权利要求6所述的3D打印用发泡线材，其特征在于，所述冷却采用冰水冷却、风冷冷却或干冰冷却，且控制在10s内将所述塑料条的温度降低到所述结晶性聚合物树脂的玻璃化温度以下，优选在5s内将所述塑料条的温度降低到所述结晶性聚合物树脂的玻璃化温度以下。8.根据权利要求6所述的3D打印用发泡线材，其特征在于，该3D打印用发泡线材采用如下方法(a)、方法(b)或方法(c)进行制备：方法(a)：将所述原料中除所述发泡剂以外的组分共混后熔融挤出，牵伸出塑料条并冷却，使所述塑料条的温度在10s内降低到所述结晶性聚合物树脂的玻璃化转变温度以下，切粒，干燥，制成中间体颗粒；然后使中间体颗粒与所述发泡剂混合并在熔融挤出温度低于所述发泡剂的起发温度的条件下熔融挤出，获得3D打印用发泡线材；方法(b)：将所述原料中除所述发泡剂以外的组分共混后熔融挤出，牵伸出第一塑料条并冷却，使所述第一塑料条的温度在10s内降低到所述结晶性聚合物树脂的玻璃化转变温度以下，切粒，干燥，制成第一中间体颗粒；然后使所述第一中间体颗粒与所述发泡剂混合并在熔融挤出温度低于所述发泡剂的起发温度的条件下熔融挤出，牵伸出第二塑料条并冷却，使所述第二塑料条的温度在10s内降低到所述结晶性聚合物树脂的玻璃化转变温度以下，切粒，干燥，制成第二中间体颗粒；使第二中间体颗粒在熔融挤出温度低于所述发泡剂的起发温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋铭波，赵俊恒，郭晓晨，
申请(专利权)人：苏州复丝络科新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：