[发明专利]一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材及制备方法

说明书

本发明涉及3D打印材料的制备领域，公开了一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材及制备方法。包括如下制备过程：（1）将聚合物熔融挤出，制得具有等距、等深波纹的聚合物丝材；（2）按照以下重量份制得膏状物：层状黏土25~32份、无机晶须22~30份、溶剂38~53份，除去溶剂并激光焊接，制得负载有填料的聚合物丝材；（3）将聚合物丝材通过定径孔，即可制得3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材。本发明制得的聚合物波纹丝材与传统3D打印丝材相比，强度高，韧性好，并且进行打印时波谷处的晶须对打印坯体起到良好的支撑作用，无需支撑材料，打印步骤简单，成本低，可推广应用。

技术领域

本发明涉及3D打印材料的制备领域，公开了一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材及制备方法。

背景技术

3D打印属于快速原型制造技术的一种，是一种以数字模型文件为基础，运用工程塑料或金属粉末等可黏合特性，通过逐层打印的方式来构造物体的快速成形技术，该技术能够简化产品制造程序，缩短产品研制周期，提高效率并降低成本，可广泛应用于医疗、文化、国防、航天、汽车及金属制造等产业被认为是近20年来制造领域的一个重大技术成果。

常用的3D打印材料可分为金属材料、高分子材料和无机非金属材料三大类，其中用量最大、应用范围最广、成型方式最多的材料为高分子材料，主要包括高分子丝材、光敏树脂及高分子粉末3种形式。其中高分子丝材是适用于熔融沉积成型打印机的主要材料，应具备高机械强度、低收缩率，适宜的熔融温度、无毒环保等基本条件。

熔融沉积成型工艺是目前最具有生命力的快速成型技术之一，以丝状塑料为打印耗材，利用电加热方式将丝材加热至高于熔化温度，在计算机的控制下，将熔融的材料涂覆在工作台上，逐层堆积形成三维工件。此类层层叠加成型的技术原理要求模型的上层结构要有下层部分的支撑，所以，被打印模型的某些部位如果是悬空的，打印的时候就需要设计支撑结构。常用的方法是在打印支撑结构时使用和打印件相同的材料，打印完成后，将支撑材料去除即可。但存在一定局限，这也是目前熔融沉积工艺发展的重要研究内容。

中国发明专利申请号201410130006.0公开了一种可用于3D打印的改性聚甲醛支撑材料及其制备方法，采用以下组分及重量百分比含量的原料制备得到：聚甲醛80~100％、表面活性剂0~7％、填料0~13％，其中，聚甲醛的含量小于100％，表面活性剂及填料的含量大于0，将上述原料置于塑料混料机中混合1-2min后得到预混物，再将预混物置于单螺杆挤出机或双螺杆挤出机中进行挤出拉丝，控制丝材直径为1.75mm，得到可用于3D打印的改性聚甲醛支撑材料。与现有技术相比，此发明改性聚甲醛的新应用和新拓展，制备得到的改性聚甲醛材料可以在酸性液体溶解／气体分解的特性，通过改性处理，具有一定力学强度。

中国发明专利申请号201610142935.2公开了一种ABS基熔融沉积技术用聚合物合金及其制备方法，ABS树脂、线性聚合物、增容剂、增塑剂、抗氧剂混合挤出。此发明保留ABS丝材优良性能，结合线性聚合物和其他助剂进行共性，提高现有ABS树脂的力学性能、降低ABS丝材的成本；具有拉伸强度高、耐热性能好、成本低的特点，可用于汽车零部件的3D打印从而实现汽车轻量化、低碳化，打印出的汽车零部件脆性较大，而且表面粗糙度达不到要求，同时生产成本大大降低，生产过程变得简单更易于工业化生产，大大促进了增材制造技术在汽车领域的应用和发展。

根据上述，现有方案中用于3D打印熔融沉积成型工艺的高分子丝材强度低，韧性差，打印中需要支撑结构，如果打印件的形状比较特殊，支撑结构全部出现在其内部，去除则会比较麻烦，有时甚至根本无法去除。

发明内容

目前应用较广的熔融沉积成型工艺的高分子丝材存在强度低，韧性差的缺陷，打印中需要支撑结构，但存在支撑结构去除困难，打印步骤繁杂的问题，本发明提出了一种3D打印用高强度免支撑聚合物波纹丝材及制备方法，可有效解决上述技术问题。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：