[发明专利]一种低熔点3D打印材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低熔点3D打印材料及其制备方法，属于快速成型的材料领域。

背景技术

快速成型(Rapid Prototype,RP)技术是20世纪90年代迅速发展起来的一种先进制造技术，是服务于制造业新产品开发的一种关键技术。它对促进企业的产品创新、缩短新产品研发周期、提高产品竞争力等起着积极的推动作用。该技术自问世以来，逐渐在世界各国的制造业中得到了广泛的应用，并由此催生出一个新兴的技术领域。目前快速成型技术主要包括熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)、选择性激光烧结成型(Selective Laser Sintering，SLS)、光固化成型(stereo lithography apparatus，SLA)、分层实体成型(Laminated Object Manufacturing，LOM)等技术，其中FDM发展最快，应用最多。

FDM是指丝状热塑性材料由送丝机构送进喷头，在喷头中加热到熔融态，经喷嘴挤出。熔融态的丝状材料被挤压出来，按照三维软件的分层数据控制的路径挤压并在指定的位置凝固成型，逐层沉积凝固，最后形成整个三维产品。FDM的操作环境干净、安全，工艺简单、易于操作，且不产生垃圾，因此大大拓宽了操作场合。其所用原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。

目前接近95％用于FDM耗材都采用ABS和PLA作为基体，其打印温度通常在220℃左右，属于中温FDM耗材。美國伊利诺伊理工大学的最新研究发现，使用ABS和PLA聚合物作为塑料原料的打印机超细颗粒(UFP)排放量较高，排放率与使用激光打印机或燃烧香烟接近。由于体积微小，UFP能沉积在肺部并直接被吸收到血液中。UFP浓度较高与肺癌、中风和哮喘症状的发展有关，报告中未详细指出ABS和PLA排放物的化学成分，但是此前已有证明显示ABS有毒，而PLA是具有生物相容性的聚合物，已广泛用于制作药物胶囊。另外ABS和PLA作为3D打印材料还存在收缩率大的问题，所得最终制品往往存在翘曲，影响产品性能。这就促使我们开发一种低熔点、环保无毒害、收缩率小的3D打印材料。

此外，低熔点3D打印材料具有很多潜在应用，比如失蜡铸造。现在国内失蜡铸造基本上采用人工制造蜡模，一个蜡模往往需要几个工人工作一到数月才能完成，而采用3D打印技术只需数小时即可完成，且制备精度大大高于手工，然而国内目前并无失蜡铸造用3D打印材料，市场一片空白。

发明内容

针对现有FDM耗材的不足，本发明的目的是提供一种低熔点3D打印材料及其制备方法，其熔点为60-150，℃且不存在收缩率大而影响最终制品性能的问题，同时打印过程环保无毒害，无气味、无超细颗粒。

本发明中材料配方采用增韧剂5％-80％，蜡5％-90％，增粘树脂1％-60％，硬脂酸0％-20％，抗氧剂0％-5％，颜料0％-5％。

所述增韧剂为氯化聚乙烯、苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、三元乙丙橡胶和乙烯-辛烯嵌段共聚物，或它们的组合。

所述蜡为聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯共聚物蜡、微晶蜡、氯化石蜡、熔模铸造蜡、聚丙烯蜡，或它们的组合。

所述增粘树脂为C5石油树脂、C9石油树脂、氢化芳香族石油树脂、萜烯树脂、松香树脂，或它们的组合。

本发明中材料的制备步骤是：

1)各原料按比例称量；

2)通过高速混合机混合0.1-2000分钟；

3)通过双螺杆挤出机混合塑化，并通过切粒机造粒；

4)通过单螺杆挤出机拉丝，拉出的丝可直接用于3D打印。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点更明显易懂，下文举实施例作详细说明。

实施例1

一、按如下组分配比(质量百分含量)：

二、制备方法

本材料制备的步骤为：

1)原料按比例称好

2)各组分放入高混机高速搅拌10min

3)放入HAAKE双螺杆挤出机中塑化挤出并使用切粒机造粒，工艺条件：