[发明专利]一种基于熔融沉积成型的保温隔热制件及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于熔融沉积成型的保温隔热制件及其制备方法，利用3D打印的可设计性优势，从材料本体——往热塑性聚合物中引入低导热系数填料、微观结构——通过设计双组分喷头引入低熔点相变材料及打印过程——通过引入碳酸氢钠粉末结合后处理加热提高制件孔隙率，三方面进行设计优化。三者协同作用实现制件优异的保温隔热性能。此外，采用所述喷头在3D打印过程中沉积的线条具有皮芯结构，且可以根据实际需要，通过改变工艺参数实现沉积线条的微组分的变化，实现微观性能的调控，继而实现制件在宏观上的各向异性。

技术领域

本发明涉及一种基于熔融沉积成型的保温隔热制件及其制备方法，属于增材制造技术领域。

背景技术

传统保温隔热制件的成型方法是通过隔热材料和树脂材料混合后，浇注到定制的模具中，在通过加热加压后成型。传统的成型方法需要定制模具，加工周期长且模具的加工质量直接影响到成型制件的隔热性能。此外，隔热制件成型后不易脱模，容易损坏其表面质量。

随着电子信息技术的成熟，3D打印也应运而生并大规模普及，开启了无模具制造的时代。《经济学人》杂志曾描述，以3D打印为代表的数字化制造技术将改写制造业的生产方式，进而改变产业链的运作模式。3D打印，又名增材制造(Additive Manufacturing,AM)出现于20世纪70年代。按照美国材料与试验协会国际标准组织F42增材制造技术委员会给出的定义：3D打印是根据3D模型数据，用材料的层层相连接来制造物体的工艺。其核心就是将所需成型制件的复杂3D实体通过切片处理转化为简单的2D截面的组合，依据制件的3D计算机辅助设计模型，在3D打印设备上直接成型实体制件。3D打印最大的特点是不用模具成型，因此可以省去开模费用，大大降低成本。由于3D打印是逐层进行的，可以根据制件的结构进行材料设计，达到制件中各部位的性能可根据其要求进行调控的理想状态，因此采用3D打印制备具有高保温隔热效果的制件十分有意义。但是目前3D打印领域中对保温隔热制件的研究相对较少，需要广大的科研人员去进行相关探索，使3D打印从普通原型件制造转向功能原型件制造，进一步拓宽其应用范围。

CN109352992A提出了一种隔热材料光固化3D打印成型方法，通过采用三维CAD设计数据为基础，设计建立隔热材料构件三维模型，使用光敏树脂混合溶液作为原材料，逐层而后逐层打印隔热材料构件，不需要定制模具，提高了打印效率。原料包含光敏树脂50-65份、二氧化锆粉末20-30份、相变材料粉末5-10份、稳定剂2-5份、发泡剂0.2-0.5份和润滑剂0.1-0.5份。但是用于光固化3D打印的树脂选择单一，大多属于丙烯酸类，耐热性能差，服役温度较低，因此不能满足高温环境的使用。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明提供一种基于熔融沉积成型(FusedDeposition Modeling,FDM)的保温隔热制件及其制备方法。具体地：本发明的一个目的是提供一种双组分进料喷头，所述双组分进料喷头的使用，可以实现具有同心圆柱的皮芯结构的沉积线条的制备，继而制备得到所述保温隔热制件。本发明的另一个目的是提供一种采用上述喷头制备保温隔热制件的3D打印方法；采用所述喷头制备得到的制件具有优异的保温、隔热性能。本发明的还一个目的是提供一种用于所述保温隔热制件的材料体系，其可以用于上述3D打印方法制备所述保温隔热制件。本发明的再一个目的是提供上述材料体系通过所述3D打印方法制备得到的制件。

其中，采用所述喷头在FDM 3D打印过程中沉积的线条具有皮芯结构，且可以通过调节工艺参数实现沉积线条的材料体系中两个组分的比例控制，达到微观性能的调控，继而实现宏观上制件中的各部位性能的调控。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种双组分进料喷头，所述双组分进料喷头包括喷头外部件和喷头内部件，所述喷头外部件和所述喷头内部件通过连接杆相连；

所述喷头外部件包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件具有圆筒结构，所述第二连接件具有圆台结构，所述第一连接件一端与第一组分进料口连接，另一端与第二连接件的一端连接，所述第二连接件的另一端形成外层喷嘴；