一种3D打印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打印线材及其制备方法和应用，该3D打印线材包括内芯层、包覆在内芯层上的包覆层；内芯层由改性颗粒A熔融挤出制成，该改性颗粒A的原料包括：第一树脂基体、填料、相容剂、第一抗氧剂，第一树脂基体占45％以上，填料占30

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印线材及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及塑料增材制造工艺领域，具体涉及一种3D打印线材及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]FDM(Fused Deposition Modeling)工艺即熔融层积成型技术，有时候也叫成熔丝沉积，使用该FDM工艺，通常是将塑料颗粒加工成FDM线材(3D打印线材)形式输入到3D打印机中，FDM线材在3D打印机内通过一对挤出轮夹紧线材并输送入一个加热口模中，口模大小一般为0.1
‑
1mm，FDM线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。
[0003]目前，在熔融层积挤出式3D打印(FDM)材料领域内，使用的材料95％以上是PLA(聚乳酸)，PLA材料因为其T
g
、T
m
温度相对较低，基本无需经过改性就能直接应用于FDM工艺。但PLA的耐热性比较差，同时其他材料，例如ABS、PA、PC纯树脂自身的收缩率过大，经常导致打印出来的样件尺寸精度差，易发生翘曲变形等问题，而且纯树脂的机械性能也比较差，这就限制了3D打印技术在工业上的应用。
[0004]传统注塑行业内，普遍做法是在塑料配方内加入短纤维填料，全部共混后再通过螺杆挤出机加工成FDM线材，以此去提高强度与耐热性能。但是，基于强度等性能需求，需要高填充量的短纤维填料，然而，随着短纤维填料添加量的持续提高，目前的FDM线材在3D打印过程中较为频繁地出现了断裂现象，出现打印失败的情况；并且生产的FDM线材是以线圈的方式缠绕在一个圆型线盘上，现有的高填充线材较脆，线盘轴径太小，无法进行缠绕，只能更换轴径更大的线盘，无形中增大了产品的包装体积和运输费用；而且，即使是打印成功之后，现有FDM线材打印出的产品还表现在X
‑
Y方向强度、层间Z方向的强度难以兼顾的问题。

技术实现思路

[0005]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打印线材，该3D打印线材能够解决在高含量填料添加情况下的韧性保持问题，同时还解决了采用该3D打印线材进行熔融层积挤出式3D打印制成的产品在X
‑
Y方向强度、层间Z方向的强度同时兼顾的问题，避免了顾此失彼现象的发生。
[0006]本专利技术同时还提供了一种上述3D打印线材的制备方法。
[0007]本专利技术同时还提供了一种以上述3D打印线材为加工线材并采用熔融层积挤出式3D打印方法打印制成的3D打印产品，该产品在X
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Y方向强度、层间Z方向的强度能够同时兼顾。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用的一种技术方案是：
[0009]一种3D打印线材，该3D打印线材包括内芯层、包覆在所述内芯层上的包覆层；
[0010]所述内芯层由改性颗粒A熔融挤出制成，该改性颗粒A的原料包括：第一树脂基体、填料、相容剂、第一抗氧剂；所述填料包含短纤维增强材料，且以质量百分含量计，该改性颗粒A的原料中，所述第一树脂基体占45％以上，所述填料占30％
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45％；
[0011]所述包覆层由不含填料的改性颗粒B熔融挤出制成，该改性颗粒B的原料包括：第二树脂基体、增粘剂、结晶调控剂、第二抗氧剂；且以质量百分含量计，该改性颗粒B的原料中，所述第二树脂基体占80％以上。
[0012]根据本专利技术的一些优选方面，所述第一树脂基体与所述第二树脂基体相同，基于相似相容原理，可以实现更好包覆。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述第一树脂基体、所述第二树脂基体分别为选自聚酰胺树脂(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯
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1,4
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环己二烯二亚甲基对苯二甲酸酯)(PETG)、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物(ABS)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、和聚苯硫醚(PPS)和聚醚醚酮(PEEK)中的一种或多种的组合。
[0014]根据本专利技术的一些优选且具体的方面，该改性颗粒A的原料中，所述短纤维增强材料为选自短切玻璃纤维、短切碳纤维和玄武岩纤维中的一种或多种的组合。
[0015]本专利技术中，该改性颗粒A的原料中，所述填料还可以包含阻燃剂、抗静电剂、抗紫外线剂、抗铜剂、磁性材料中至少一种，实现材料的阻燃、抗静电等功效。
[0016]根据本专利技术的一些优选方面，所述相容剂为含有反应性官能团且与所述第一树脂基体能够反应的反应性相容剂，所述反应性官能团包含马来酸酐基团、环氧基团、丙烯酸基团、氨基基团和异氰酸酯基团中的至少一种。
[0017]根据本专利技术的一个具体方面，所述相容剂为马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物(POE
‑
g
‑
MAH)。
[0018]根据本专利技术的一些优选方面，所述增粘剂为改性乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物，所述改性乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物采用的改性基团为选自马来酸酐基团、环氧基团、丙烯酸基团、氨基基团和异氰酸酯基团中的至少一种。
[0019]根据本专利技术的一个具体方面，所述增粘剂为马来酸酐接枝乙烯
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醋酸乙烯酯共聚物(EVA
‑
g
‑
MAH)。
[0020]根据本专利技术的一些优选方面，所述结晶调控剂为选自氯化钙、氯化钾、氯化锌、氯化镓、羧酸钠盐、羧酸钾盐、羧酸钙盐或离子聚合物中的至少一种。
[0021]根据本专利技术，该3D打印线材在熔融状态下，其熔体的流动雷诺数Re为5
‑
100；进一步地，其熔体的流动雷诺数Re为5
‑
20。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，所述第一抗氧剂、所述第二抗氧剂分别独立地选自抗氧剂1010、抗氧剂168等。
[0023]根据本专利技术的一些优选且具体的方面，所述3D打印线材的直径为1.5
‑
3.5mm，所述包覆层的厚度为0.05
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0.30mm。
[0024]根据本专利技术的一些优选方面，所述3D打印线材中，所述包覆层的厚度为所述3D打印线材的直径的2.5％
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18％。在本专利技术的一些实施方式中，所述3D打印线材的直径为1.60
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1.90mm或2.75mm
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3.0mm。
[0025]根据本专利技术的一些优选方面，以质量百分含量计，该改性颗粒A的原料中，第一树脂基体占45％
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65％、填料30％
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45％、相容剂1％
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印线材，其特征在于，该3D打印线材包括内芯层、包覆在所述内芯层上的包覆层；所述内芯层由改性颗粒A熔融挤出制成，该改性颗粒A的原料包括：第一树脂基体、填料、相容剂、第一抗氧剂；所述填料包含短纤维增强材料，且以质量百分含量计，该改性颗粒A的原料中，所述第一树脂基体占45％以上，所述填料占30％
‑
45％；所述包覆层由不含填料的改性颗粒B熔融挤出制成，该改性颗粒B的原料包括：第二树脂基体、增粘剂、结晶调控剂、第二抗氧剂；且以质量百分含量计，该改性颗粒B的原料中，所述第二树脂基体占80％以上。2.根据权利要求1所述的3D打印线材，其特征在于，所述第一树脂基体与所述第二树脂基体相同。3.根据权利要求2所述的3D打印线材，其特征在于，所述第一树脂基体、所述第二树脂基体分别为选自聚酰胺树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚(对苯二甲酸乙二醇酯
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1,4
‑
环己二烯二亚甲基对苯二甲酸酯)、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物、热塑性聚氨酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯硫醚和聚醚醚酮中的一种或多种的组合。4.根据权利要求1所述的3D打印线材，其特征在于，该改性颗粒A的原料中，所述短纤维增强材料为选自短切玻璃纤维、短切碳纤维和玄武岩纤维中的一种或多种的组合；和/或，该改性颗粒A的原料中，所述填料还包含阻燃剂、抗静电剂、抗紫外线剂、抗铜剂、磁性材料中至少一种。5.根据权利要求1所述的3D打印线材，其特征在于，所述相容剂为含有反应性官能团且与所述第一树脂基体能够反应的反应性相容剂，所述反应性官能团包含马来酸酐基团、环氧基团、丙烯酸基团、氨基基团和异氰酸酯基团中的至少一种；所述增粘剂为改性乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物，所述改性乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物采用的改性基团为选自马来酸酐基团、环氧基团、丙烯酸基团、氨基基团和异氰酸酯基团中的至少一种；所述结晶调控剂为选自氯化钙、氯化钾、氯化锌、氯化镓、羧酸钠盐、羧酸钾盐、羧酸钙盐和离子聚合物中的一种或多种的组合。6.根据权利要求1所述的3D打印线材，其特征在于，该3D打印线材在熔融状态下，其熔体的流动雷诺数Re为5
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100，进一步为5
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20。7.根据权利要求1所述的3D打印线材，其特征在于，所述3D打印线材的直径为1.5
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3....

【专利技术属性】
技术研发人员：赵俊恒，蒋铭波，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：