[发明专利]热熔融层积3D打印用玻璃线材及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种热熔融层积的玻璃线材在3D打印中的应用，玻璃线材的制备方法包括以下步骤：将原料药均匀混合，在300～700℃熔制15‑90分钟，得到玻璃液，将玻璃液放置在拉丝漏板内，通过拉丝机对其进行牵引拉丝，得到连续的玻璃纤维丝；将多根玻璃纤维丝并捻成绳线，得到玻璃线材。将玻璃线材导入至3D打印机的喷嘴中，喷嘴加热。本发明的玻璃线材熔点低，其范围为230‑350℃，喷嘴在较低温度时即可使该玻璃线材熔融；相比于玻璃棒，该玻璃线材可弯曲缠绕放置，在进料时可连续送料。此外，采用该玻璃线材热进行熔融层积3D打印的打印工艺简单，不需要后处理，节约原材料。

技术领域

本发明属于3D打印材料技术领域，具体来说涉及一种热熔融层积3D打印用玻璃线材及其制备方法和应用。

背景技术

3D打印，是根据所设计的3D模型，通过3D打印设备逐层增加材料来制造三维产品的技术。这种逐层堆积成形技术又被称作增材制造。3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。与传统制造技术相比，3D打印不必事先制造模具，不必在制造过程中去除大量的材料，也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品，因此，在生产上可以实现结构优化、节约材料和节省能源。3D打印技术适合于新产品开发、快速单件及小批量零件制造、复杂形状零件的制造、模具的设计与制造等，也适合于难加工材料的制造、外形设计检查、装配检验等。因此，3D打印产业受到了国内外越来越广泛的关注，将成为下一个具有广阔发展前景的朝阳产业。

3D打印材料是3D打印技术发展的重要物质基础，在某种程度上，材料的发展决定着3D打印能否有更广泛应用的问题。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料、陶瓷材料和玻璃材料等。目前，工程塑料、树脂、橡胶3D打印技术已经非常成熟，而高温却限制了陶瓷、金属和玻璃材料的3D打印技术。玻璃材料是目前实验室正在使用的一种用于3D打印的新型材料，该材料具有广泛的应用价值，能借助于3D打印技术在日常生活中得到广泛的应用，具有广阔的市场。

目前3D打印玻璃材料多为间接成型，将玻璃粉末或玻璃棒与其他可塑性材料进行混合通过熔融堆积成型，制备得到的产品具有玻璃的某些性能，但并不是纯玻璃材料，耐腐蚀性和硬度等都与纯玻璃制品相差较大。2015年麻省理工学院研究人员通过特别设计的加热窑环境与喷嘴高温系统发明了3D玻璃材料打印技术，但该玻璃3D打印技术的加热温度要求非常高，打印过程使用了温度高达1640摄氏度的打印头，且打印系统分为不同温度的三个加热区，结构复杂。中国发明专利申请号201510982546.6公开了使用粘结剂与玻璃粉末3D成型的技术，但成型后的初胚需放入温度为1250-1450℃的温度下进行烧结。发明专利申请号201510906201.2公开了一种基于3D打印技术的硫系玻璃元件制备方法，将基础的硫系玻璃耗材拉丝，通过激光烧结、逐层铺丝和后续处理，得到所需形状的硫系玻璃元件。但该技术打印工艺复杂，且激光烧结3D打印技术玻璃丝材料利用率低。因此，打印工艺简单、熔融温度低的3D打印玻璃材料对推动3D打印技术的发展具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种热熔融层积的玻璃线材在3D打印中的应用；本发明还提供了一种适用于该应用的玻璃线材的制备方法，该制备方法得到的玻璃线材具有低熔点，可在低温下进行3D打印。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种热熔融层积的玻璃线材在3D打印中的应用，将多根直径为5～30微米的玻璃纤维丝并捻成绳线，得到玻璃线材，将所述玻璃线材导入至3D打印机的喷嘴中，所述喷嘴加热，以使玻璃线材熔融从所述喷嘴挤出。

在上述技术方案中，所述玻璃线材的熔点为230-350℃。

在上述技术方案中，所述玻璃纤维丝通过玻璃纤维捻线机并捻成绳线。

在上述技术方案中，所述玻璃线材的直径与3D打印机的喷嘴相适。