成型絲及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于快速成型的成型材料及其制備方法，特別涉及一種熔融沉積型三維打印機用成型絲及其制備方法。
【背景技術】
[0002]三維打印機，是一種基于三維物體的數字模型，利用塑料或粉末狀金屬等材料，通過逐層打印的方式構造三維物體的設備。
[0003]公告號為CN1216726C的專利文獻的【背景技術】中描述了一種以細絲的形式向打印頭供給成型材料的三維打印機，參見圖1，三維打印機01具有打印頭011、供料裝置012、軟管013及載物臺014 ;供料裝置012具有一個纏繞有成型絲0123的供料盤0121 ;打印頭011具有由電機0115驅動的一對供料滾輪0113與0114，液化器0111及設于液化器0111下端的打印噴嘴0112。供料盤0121被安裝于三維打印機01的供料盤安裝架的轉軸0122上，從而將成型絲0123提供給打印頭011。在使用過程中，將成型絲0123從供料盤0121上拉出，使被拉直的成型絲通過由摩擦阻力較小的材料制成的軟管013，直至將成型絲供給到供料滾輪0113及0114，在供料滾輪0113及0114的驅動下，成型絲進入液化器0111以產生一個所謂“液化器泵效應”，即成型絲本身相當于一個活塞，進入液化器0111內的成型絲擠壓熔融狀態的成型材料，使之按一定的體積速率從打印噴嘴0112擠出并沉積于載物臺014的載物面上。三維打印機01的控制單元通過控制打印頭011在水平的X-Y平面內移動，同時控制載物臺014沿垂向的Z軸移動，從而逐層地打印出三維物體。
[0004]現有成型絲主要由ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PLA (聚乳酸)等熱塑性硬質材料制成的硬質成型絲，用于在三維打印過程中構建三維物體的硬度比較高的部分；另外，也有一些由TPV (聚烯烴合金熱塑性彈性體)、TPE (熱塑性橡膠)、TPU (熱塑性聚氨酯彈性體橡膠)等熱塑性彈性材料制成的軟質成型絲，用于在三維打印過程中構建三維物體的軟彈性部分。
[0005]由于TPV、TPE、TPU等熱塑性彈性材料太柔軟，用其制備出的成型絲抗彎強度不夠高，使位于送料滾輪與液化器0111間的一段成型絲01231在送料滾輪推力的作用下容易發生彎曲，不利于在液化器內產生“液化器泵效應”，難以從打印噴嘴0112按預定速率擠出熔融狀態的成型材料，打印出三維物體的不同切片層之間容易出現間隙，層與層之間的結合強度難以達到打印需求；此外，由于在三維打印過程中，每一層切片層的上表面將作為后續一層切片層的打印基準面及支撐面，而用上述軟質成型材料打印出的切片層太柔軟，無法對后續切片層的打印提供基準面及支撐面，導致打印出的三維物體的切片層無法保持在同一高度上。
【發明內容】
[0006]本發明的主要目的是提供一種便于在液化器內形成“液化器泵效應”且用于打印具有一定軟彈性三維物體的成型絲； 本發明的另一目的是提供上述成型絲的制備方法。
[0007]為了實現上述主要目的，本發明提供一種用于在三維打印過程中構建三維物體的成型絲，按重量份數，該成型絲的組分及含量為:
TPE 或 TPU100 份；
PLA3-30 份；
馬來酸酐接枝 2-5份；
潤滑劑0.3-1.5份；
增粘樹脂0.5-3份；
PHA3-10 份。
[0008]在上述成型絲中，TPE或TPU構成成型絲的基礎原料，使打印出的三維物體具有一定的軟彈性性能；PLA作為主要改性材料，用于提高成型絲的抗彎強度及硬度，使該成型絲便于在液化器內形成“液化器泵效應”，且打印出的切片層具有一定的硬度而適合作為后續切片層的打印基準面及支撐面，從而具有很好的成型性能；PHA作為改性材料之一，提高成型絲的成型性能及流暢度；增粘樹脂用于增加PLA與基礎原料間的粘結性能；馬來酸酐接枝用于提高各組分間的相容性能；潤滑劑用于提高熔融狀態成型絲的潤滑性，提高其成型性能。上述組分的組合以及各組分的上述重量份數范圍，是通過大量試驗確定的，上述組合以及重量份數范圍使制備成的成型絲具有優良的抗彎強度，便于在液化器內形成液化器泵效應，而且打印出的三維物體相鄰切片層間粘接性能好且表面光滑，便于對后續切片層的支撐。
[0009]具體的方案是潤滑劑為硬脂酸和/或聚乙烯酯；增粘樹脂為松香樹脂和/或石油樹脂。
[0010]優選的方案為其中PLA的重量份數為3-20份。在保證成型絲具有一定的抗彎強度及打印出切片層具有一定的硬度條件下，使打印出的三維物體的硬度更低。
[0011]為了實現上述另一目的，本發明提供一種用于在三維打印過程中構建三維物體的成型絲的制備方法，包括以下步驟，混合步驟，常溫條件下，按重量份數，將100份干燥的TPE或TPU與3-30份干燥的PLA在高速混合攪拌機中以100-1000轉/分鐘的轉速攪拌10-60分鐘，形成基料；改性步驟，在基料加入2-5份的馬來酸酐接枝，0.3-1.5份的潤滑劑，0.5-3份的增粘樹脂及3-10份的PHA，并在高速混合攪拌機中以100-1000轉/分鐘的轉速攪拌10-30分鐘，形成原料混合物；造粒步驟，將原料混合物在雙螺桿擠出機中擠出造粒形成原料顆粒；拉絲步驟，將原料顆粒在細絲成形設備中拉成規定直徑的成型絲。
[0012]具體的方案為潤滑劑為硬脂酸和/或聚乙烯酯；增粘樹脂為松香樹脂和/或石油樹脂。
[0013]一個優選的方案為其中PLA的重量份數為3-20份。
【附圖說明】
[0014]圖1是一種現有三維打印機的結構示意圖；
圖2是本發明成型絲的制備方法流程圖
圖3是一種現有細絲成形設備的結構示意圖。
[0015]以下結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。
【具體實施方式】
[0016]現有常用成型絲的直徑規格為1.75毫米及3毫米，以下各具體實施例以制備3毫米的成型絲為例，對本發明的【具體實施方式】進行說明。通過制備及打印測試，在常用的熱塑性彈性材料中，采用TPE或TPU為基礎原料，以PLA為主要改性材料，并加入馬來酸酐接枝、潤滑劑、增粘樹脂及PHA作為輔助改性材料制備出的成型絲具有很好的成型性能，能夠滿足相應打印需求；在以下各實施例中，潤滑劑選自硬脂酸、聚乙烯酯中一種或二者的組合，增粘樹脂選自松香樹脂、石油樹脂中一種或二者的組合。
[0017]參見圖2，用于制備以下各例成型絲的方法由混合步驟S1、改性步驟S2、造粒步驟S3及拉絲步驟S4構成。
[0018]混合步驟SI，常溫條件下，按成型絲中各組分含量將干燥的TPU或TPE及干燥的PLA在高速混合攪拌機(制造商:山東萊州澤霖化工機械廠，型號:SHR-50A)中以100-1000轉/分鐘的轉速攪拌10-60分鐘，形成基料。
[0019]改性步驟S2，按成型絲中各組分的含量，在基料上均勻地噴灑的馬來酸酐接枝、潤滑劑、增粘樹脂及PHA，并在高速混合攪拌機(制造商:山東萊州澤霖化工機械廠，型號:SHR-50A)中以100-1000轉/分鐘的轉速攪拌10-30分鐘，形成原料混合物。
[0020]造粒步驟S3，將原料混合物在雙螺桿擠出機中擠出造粒形成原料顆粒。
[0021]拉絲步驟S4，將原料顆粒在細絲成形設備中拉成直徑為3毫米的成型絲。
[0022]成型絲及其制備方法第一實施例
按重量份數，本例成型絲由100份的TPU，3份的PLA，3份的PHA (聚羧基脂肪酸脂)，2份的馬來酸酐接枝，0.6份的硬脂酸及0.5份的松香樹脂構成。
[0023]按上述組分及組分含量，使用上述方法制備出3毫米的成型絲，用三維打印機進行打印尺寸為直徑20毫米與長度15毫米的實心柱狀樣品，使用邵氏硬度計對該樣品進行測量，測試結果為76HA ;制出的實心柱狀樣品外觀細膩且表面光滑，切片層表面平整，具有良好的彈性；從實心柱狀樣品的周面上看，相鄰切片層之間