一種用于3d打印的高分子粉末及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于3D打印的高分子粉末及其制備方法，包括按重量計的下述組分，主體成型樹脂30～90份，粘結性樹脂10～60份，復配樹脂0～10份，粉末流平助劑0～10份。制備上述粉末的制備方法是將上述各原料組分在室溫混合后并充分攪拌至混合均勻。本發明的粉末能夠用于打印具備良好柔韌性的人體醫用植入材料和醫用器械產品，并且該粉末在用于3D打印時只需要用去離子水作為粘結溶液，工藝簡單，成本低廉，因此3D打印環境綠色環保，符合現代綠色制造方向。
【專利說明】—種用于3D打印的高分子粉末及其制備方法
【【技術領域】】
[0001]本發明涉及3D打印成型材料領域，更具體地說是一種用于3D打印的高分子粉末及其制備方法。
【【背景技術】】
[0002]3D打印(三維打印，Three Dimensional Printing)技術是發展速度最快且發展潛力最大的一種快速成型技術，具有成本低、工藝簡單、使用快捷、多樣性等優點，已經廣泛應用于航空工業、建筑設計、醫用器械制備、汽車工業等方面。目前最常用的3D打印體系是基于噴射打印技術，將粘結溶液按照設計數據通過壓電式噴頭以點陣的方式噴射出來，將粉末材料粘結成二維截面，并往返重復此過程，最終將各個截面逐層粘結疊加在一起，從而得到所需要的完整的三維實體產品。
[0003]目前美國、德國、日本等發達國家的3D打印成型設備和成型材料比較成熟，可以將石膏、塑料、橡膠、陶瓷等材料通過3D打印技術制成產品；經30打印所制備的產品已在多領域獲得實際應用，尤其在生物醫學領域。例如，通過選擇適當的材料，可將3D打印成型器官產品直接應用于人體，并且不會出現生物相容性等問題。另外，美國提出了“能夠3D打印出從運動鞋到人體器官等各種物體”的宏偉口號，即在未來能將細胞直接3D打印而成型出所需要的人體器官。但是，國內3D打印成型設備和成型材料的相關技術與美德日等發達國家相比還有非常大的差距。中國發明專利(CN102796909A)—種制備多孔鉭醫用植入材料的方法，其僅適合力學性能與人體承重骨組織相當的醫用植入材料，而不適合于需要具備足夠程度柔韌性的醫用植入材料。中國發明專利“一種用于三維打印的快速成型材料的制備方法”(CN102093646A)公開了一種用于三維打印的快速成型材料的制備方法，但它的粉末材料和粘結溶液的主體成分都是有機樹脂，其生產工藝比較復雜，成本較高，而且不適合制備人體醫用植入材料。另外，中國發明專利“一種富有韌性的高粘結度3D打印成型材料及其制備方法”(CN103205107A)公開了一種成型材料及其制備方法，用該材料打印出來的實體部件的粘結強度、牢固度、柔韌性好、耐劃傷等性能都比較理想，但是由于粘結劑是采用高溫熱噴式系統，所以生產成本非常高，僅適合于打印對品質要求非常高的醫用植入材料。
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【發明內容】
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[0004]本發明目的是克服了現有技術的不足，提供一種用于3D打印的高分子粉末及其制備方法，該粉末能夠用于打印具備良好柔韌性的人體醫用植入材料和醫用器械產品，并且該粉末在用于3D打印時只需要用去離子水作為粘結溶液，工藝簡單，成本低廉。
[0005]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0006]一種用于3D打印的高分子粉末，其特征在于:包括按重量計的下述組分，主體成型樹脂30~90份，粘結性樹脂10~60份，復配樹脂O~10份，粉末流平助劑O~10份。主體成型樹脂是3D打印成品的主體成分，為成品提供足夠的彎曲強度和彎曲模量。
[0007]所述的主體成型樹脂為聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸異丙酯、聚甲基丙烯酸正丁酯、聚甲基丙烯酸異丁酯、聚甲基丙烯酸己酯、聚甲基丙烯酸環己酯、聚丙烯腈、聚苯乙烯中的一種或多種。
[0008]所述的主體成型樹脂的粒徑范圍為20~200 μ m。粉末材料顆粒越大,成品的表面分辨率和成型精度越小；為了獲得較好的分辨率和精度，一般要求粉末材料顆粒不能大過200 μ m。但是顆粒之間的作用力主要是范德華力，如果顆粒過小，又會極大地降低了粉末材料的流動性，導致3D打印時鋪粉比較困難。因此，主體成型樹脂粒徑在20~200 μ m之間較為適宜。
[0009]所述的粘結性樹脂為聚乙烯醇、麥芽糖糊精、淀粉、卡波樹脂、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或多種。所述的粘結性樹脂是水溶性高分子，主要是為主體成型樹脂提供網絡粘結結構。在3D打印過程中，粘結性樹脂在去離子水的作用下逐漸膨脹甚至溶解，3D打印后隨著水分揮發而逐漸形成三維立體的網絡結構，從而將主體成型樹脂緊密包裹起來而形成最終成品。
[0010]所述的復配樹脂為羧甲基纖維素鈉、甲基纖維素、羥丙甲基纖維素中的一種或多種。復配樹脂主要是為成品提供較好的抗壓強度和抗壓模量。因為單純地使用主體成型樹脂和粘結性樹脂，成品的抗壓強度和抗壓模量較差，不能滿足使用要求。
[0011]所述的粘結性樹脂的粒徑范圍為20~300μπι。所述的復配樹脂的粒徑范圍為20~300 μ m。所述的粘結性樹脂和復配樹脂都是水溶性高分子，在3D打印過程中可以在去離子水的作用下膨脹和溶解，完全干燥后通過高分子纏繞的方式成膜，所以其成型精度和分辨率較高，所以粘結性樹脂和復配樹脂的最大顆粒直徑可以增大至300 μ m。
[0012]所述的粉末流平助劑為二氧化硅超細粉體、三氧化二鋁超細粉體、羥基磷灰石超細粉體中的一種或多種。適宜的粉末流動性對粉末材料的鋪展影響較大，因此為了使鋪粉均勻，提高成型精度和分辨率，防止皺褶出現，需要通過添加粉末流平助劑來增加粉末材料的流動性，同時粉末流平助劑的加入也有助于攪拌均勻。
[0013]所述粉末流平助 劑的粒徑范圍為50~lOOOnm，所述粉末流平助劑的比表面積范圍為 100 ~1000mVgo
[0014]一種制備如上所述的用于3D打印的高分子粉末的制備方法，其特征在于:按重量計，取所述的主體成型樹脂30~90份，所述的粘結性樹脂10~60份，所述的復配樹脂O~10份，所述的粉末流平助劑O~10份，在室溫下混合并充分攪拌至混合均勻。
[0015]與現有技術相比，本發明有如下優點:
[0016]1、本發明的粉末材料由主體成型樹脂、粘結性樹脂、復配樹脂以及粉末流平助劑按重量份組合制成，經該粉末材料打印所得的3D成型成品的成型精度、分辨率、抗壓強度、彎曲強度、抗壓模量、彎曲模量等各項指標性能理想，力學性能優良，成型效果好，適合于3D打印人體醫用植入材料和醫用器械產品，可以取代目前市場上依賴的國外進口產品。
[0017]2、本發明的粉末材料在3D打印過程中所匹配的粘結溶液只需要使用去離子水即可，完全摒棄使用有機物，消除了傳統3D打印過程中使用的有機物粘結溶液對人體和環境的危害性，達到了完全綠色環保無污染。
【【具體實施方式】】
[0018]下面結合實施例對本發明作進一步描述:[0019]實施例1
[0020]配方為:包括按重量計的下述組分，聚甲基丙烯酸甲酯60份，淀粉30份，甲基纖維素8份，二氧化硅超細粉體2份。
[0021]制備方法:將聚甲基丙烯酸甲酯60份、淀粉30份、甲基纖維素8份以及二氧化硅超細粉體2份混合后，再于室溫下充分攪拌直至混合均勻即制得成型粉末材料I。
[0022]實施例2
[0023]配方為:包括按重量計的下述組分，聚苯乙烯50份，麥芽糖糊精35份，羧甲基纖維素鈉8份，二氧化二招超細粉體7份。
[0024]制備方法:將聚苯乙烯50份、麥芽糖糊精35份、羧甲基纖維素鈉8份以及三氧化二鋁超細粉體7份混合后，再于室溫下充分攪拌直至混合均勻即制得成型粉末材料2。
[0025]實施例3
[0026]配方為:包括按重量計的下述組分，聚甲基丙烯酸甲酯30份，聚乙烯醇10份。
[0027]制備方法:將聚甲基丙烯酸甲酯30份，聚乙烯醇10份混合后，再于室溫下充分攪拌直至混合均勻即制得成型粉末材料3。
[0028]實施例4
[0029]配方為:包括按重量計的下述組分，聚甲基丙烯酸甲酯90份，聚乙烯醇60份，甲基纖維素10份，二氧化硅超細粉體10份。
[0030]制備方法:將聚甲基丙烯酸甲酯90份、聚乙烯醇60份、甲基纖維素10份以及二氧化硅超細粉體10份混合后，再于室溫下充分攪拌直至混合均勻即制得成型粉末材料4。
[0031]成型粉末材料1、2、3及4和粘結溶液(即去離子水)按照1:0.28的質量比配合后經3D打印機分別打印(打印參數設置:層厚為0.175mm)制取長方體產品A(80mmX IOmmX4mm)和長方體產品B (40mmX40mmX30mm)，待二者靜置6h后取出并老化20h，然后去除未參與成型的多余粉末材料。利用CMT-6104型萬能試驗機對產品A進行三點法彎曲強度測試，并用WHY-10/200微機控制全自動壓力試驗機測量產品B的抗壓強度，再測量產品A的成型精度和產品B的分辨率。相關測試數據如表1所示。
[0032]表1粉末材料1~粉末材料4經3D打印成型產品的相關測試數據
[0033]
【權利要求】
1.一種用于3D打印的高分子粉末，其特征在于:包括按重量計的下述組分，主體成型樹脂30~90份，粘結性樹脂10~60份，復配樹脂O~10份，粉末流平助劑O~10份。
2.根據權利要求1所述的用于3D打印的高分子粉末，其特征在于:所述的主體成型樹脂為聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸異丙酯、聚甲基丙烯酸正丁酯、聚甲基丙烯酸異丁酯、聚甲基丙烯酸己酯、聚甲基丙烯酸環己酯、聚丙烯腈、聚苯乙烯中的一種或多種。
3.根據權利要求2所述的用于3D打印的高分子粉末，其特征在于:所述的主體成型樹脂的粒徑范圍為20~200 μ m。
4.根據權利要求1所述的用于3D打印的高分子粉末，其特征在于:所述的粘結性樹脂為聚乙烯醇、麥芽糖糊精、淀粉、卡波樹脂、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或多種。
5.根據權利要求4所述的用于3D打印的高分子粉末，其特征在于:所述的粘結性樹脂的粒徑范圍為20~300 μ m。
6.根據權利要求1所述的用于3D打印的高分子粉末，其特征在于:所述的復配樹脂為羧甲基纖維素鈉、甲基纖維素、羥丙甲基纖維素中的一種或多種。
7.根據權利要求6所述的用于3D打印的高分子粉末，其特征在于:所述的復配樹脂的粒徑范圍為20~300 μ m。
8.根據權利要求1所述的用于3D打印的高分子粉末，其特征在于:所述的粉末流平助劑為二氧化硅超細粉體、三氧化二鋁超細粉體、羥基磷灰石超細粉體中的一種或多種。
9.根據權利要求8所述的用于3D打印的高分子粉末，其特征在于:所述粉末流平助劑的粒徑范圍為50~lOOOnm，所述粉末流平助劑的比表面積范圍為100~1000m2/g。
10.一種制備如權利要求1至9項任一項所述的用于3D打印的高分子粉末的制備方法，其特征在于:按重量計 ，取所述的主體成型樹脂30~90份，所述的粘結性樹脂10~60份，所述的復配樹脂O~10份，所述的粉末流平助劑O~10份，在室溫下混合并充分攪拌至混合均勻。
【文檔編號】C08L25/06GK103881280SQ201410139306
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月8日 優先權日:2014年4月8日
【發明者】冷小冰 申請人:中山職業技術學院