[发明专利]一种用于三维打印的聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于3D打印制造领域，具体涉及一种用于三维打印制造的聚乳酸复合材料，并进一步涉及该聚乳酸复合材料的制备方法。

背景技术

3D打印技术是一种通过逐层增加堆积材料来生成三维实体的快速增材制造技术，不但克服了传统减材制造造成的损耗，而且使产品制造更智能化，更精准，更高效。3D打印制造技术代表了世界制造业发展的新趋势，对于加快先进制造业发展、促进工业转型升级具有重要的引领作用。随着高端制造业的发展，目前3D打印制造技术受到高度关注，与机器人技术、人工智能技术一起被称为推动第三次工业革命的关键技术。

由于3D打印制造技术完全改变了产品的成型方式和原理，是对传统制造模式的颠覆，因此材料瓶颈成为限制3D打印发展的问题，也是3D 打印突破创新的关键点和难点所在。目前，3D打印技术中常用的材料是热塑性聚合物，通过3D打印的熔融挤压堆积成型技术（FDM），利用热塑性聚合物材料在熔融状态下，从喷头处挤压出来，凝固形成轮廓形状的薄层，通过薄层的层层叠加堆积形成产品。目前常用的熔融挤压堆积成型聚合物材料有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS）、聚乳酸（PLA）、尼龙（PA）等。

由于聚合物材料良好的热流动性、快速冷却粘接性、较高的机械强度，在3D打印制造领域得到快速的应用和发展。尤其是聚乳酸具有无毒、无刺鼻性气味的特性，在3D打印材料中得到了很好的应用。但由于熔融沉积成型工艺的关键是保持材料的半流动性、均匀凝固成型，而聚乳酸是一种晶体结构，加热时直接从固体向液体转化，温度降低则快速凝固，因此冷却时喷嘴相变化大，容易堵塞喷嘴，形成的产品存在翘曲形变。尤其是聚乳酸的结晶刚性，导致聚乳酸作为3D打印耗材时缺少韧性易拉断，无法长时间稳定成型，造成打印不顺畅，成型的产品缺乏韧性和强度，使聚乳酸打印出来的产品在精度、强度方面受到很大的限制。

中国专利公开号CN103146164A 公开了一种用于快速成型纳米材料增韧的聚乳酸材料及其制备方法，该方法是利用双螺杆挤出机对聚丙烯酸酯微球和聚乳酸进行共混挤出增韧改性。

中国专利公开号CN103087489A 公开了一种聚乳酸改性材料及其制备方法，该方法用聚醚型聚酰胺弹性体和蒙脱土作为改性剂，以双螺杆挤出机做改性设备，增强了聚乳酸的拉伸强度和韧性。

中国专利公开号CN102134381A 公开了一种聚乳酸改性材料及其制备方法，该方法中将增韧耐热弹性体改性剂与聚乳酸共混挤出改性，即改善了聚乳酸的韧性差的缺陷，也提高了聚乳酸的耐热温度。

3D打印熔融挤压堆积成型时，要求材料具有良好的热转化性能，即加热时能成为半流动态，利于均匀成型，冷却时均匀凝固，防止热收缩变形。根据上述，目前对聚乳酸的共混改性，通过增加增韧材料使其韧性得到了改善，但热转化特性并没有明显改变，加热时因聚乳酸有固定熔点，直接从固体向液体转化，逐层成型时易流淌，而温度降低则快速凝固，因此热收缩变形大，难以打印高精度制品。

发明内容

目前聚乳酸用于3D打印耗材时因具有结晶性固定熔点，熔融挤压堆积成型时易流淌，而温度降低则快速凝固，造成3D打印困难，热收缩变形大，难以打印高精度制品。针对这一缺陷，本发明提出一种用于三维打印的聚乳酸复合材料。通过在聚乳酸中引入片状微细金属粉，利用片状微细金属粉的热容从而改变聚乳酸的热性能，使聚乳酸熔融挤压堆积成型时为半流体，防止流淌，在成型冷却时凝固均匀，热收缩变小，防止起翘；进一步，片状微细金属粉具有良好的滑动性和柔韧性，促进聚乳酸在三维打印时均匀流动，适应于打印高精度制品。

进一步，提供一种用于三维打印的聚乳酸复合材料的制备方法。

一种用于三维打印的聚乳酸复合材料，是通过如下技术方案实现的：

一种用于三维打印的聚乳酸复合材料，其特征是：含有片状微细金属粉，按重量份由以下组分的原料制备而成：

聚乳酸             70-80份，

片状微细金属粉     5-15份，

表面修饰剂         1-2份，

结晶剂             0.5-1份,

抗氧剂             0.2-0.3份，

加工助剂           0.2-0.3份，

所述的聚乳酸为数均分子量10-15万,通过50目过筛的粉末聚乳酸，在190℃×2.16kg 的测试条件下熔融指数为4-6g/10min；