一種用于3d打印的具有多彩效果的復(fù)合耗材及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于3D打印的具有多彩效果的復(fù)合耗材，其組分及質(zhì)量百分含量為：高溫電鍍彩色金屬粉末：2％?20％、助塑劑：1％?2％、無(wú)機(jī)填充劑：1％?10％、增韌劑：1％?4％、PLA(聚乳酸)：64％?95％。由于加入高溫電鍍彩色金屬粉末，故使得該3D打印耗材打印出的模型成品，不需外部著色或二次加工，具有閃耀眼的彩色光澤，類似晶石，琥珀一樣的彩色光澤和質(zhì)感，韌性強(qiáng)不易折斷，大大提高了3D打印耗材打印過(guò)程中的穩(wěn)定性，提高了打印制品的質(zhì)量，開(kāi)拓多了一種3D打印使用的耗材，使3D打印實(shí)現(xiàn)多彩效果模型、產(chǎn)品成為現(xiàn)實(shí)。
【專利說(shuō)明】
一種用于3D打印的具有多彩效果的復(fù)合耗材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種3D打印耗材，具體是一種用于3D打印的多彩效果的復(fù)合耗材及其 制備方法。 技術(shù)背景
[0002] 3D打印技術(shù)(添加制造、增材制造或增量制造），是以三維CAD模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn) 用粉末狀金屬或塑性材料，通過(guò)逐層增加材料的制造方式。該技術(shù)革新大大縮短了產(chǎn)品的 生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)降低能耗，綠色環(huán)保，并已廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)、模具制造 等領(lǐng)域，并在建筑、生物、醫(yī)療、航空航天、人工智能等領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛性應(yīng)用。目前在中國(guó) 用于FDM(桌面級(jí)）原料3D打印的耗材，至今還沒(méi)有出現(xiàn)用于3D打印具有多彩效果的復(fù)合耗 材。
[0003] 具有多彩效果的復(fù)合耗材，通過(guò)使用高溫電鍍彩色金屬粉末，制作出多彩效果的 3D打印模型及產(chǎn)品，大大拓寬了3D打印在生活及工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，填補(bǔ)了3D打印在具有多 彩效果的復(fù)合耗材的技術(shù)空缺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述3D打印市場(chǎng)耗材的技術(shù)空缺，本發(fā)明的目的在于提供一種3D打印的具有 多彩效果的復(fù)合耗材，解決了普通PLA(聚乳酸)耗材較脆，易折斷，韌性差，單體耗材顏色單 一，即使多色顏料也無(wú)法在外觀上達(dá)到多彩的效果的缺點(diǎn)。大大提高了3D打印耗材打印過(guò) 程中的穩(wěn)定性，提高了打印制品的質(zhì)量，開(kāi)拓多了一種3D打印使用的耗材，使3D打印實(shí)現(xiàn)多 彩效果模型、產(chǎn)品成為現(xiàn)實(shí);進(jìn)一步提供一種具有大理石-云母石效果的仿大理石-云母石 符合耗材的制備方法。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種用于3D打印的具有多彩效果 的復(fù)合耗材，其特征在于其組分及質(zhì)量百分含量為：
[0006] 高溫電鍍彩色金屬粉末:2%_20%、
[0007] 助塑劑:2%_5%、
[0008] 無(wú)機(jī)填充劑:1%-10%、
[0009] 增韌劑:1%-10%、
[0010]聚乳酸：55%_94%。
[0011] 該具有多彩效果的復(fù)合耗材的組分及質(zhì)量百分含量還可以為：
[0012] 高溫電鍍彩色金屬粉末:2%、
[0013]助塑劑:2%、
[0014] 無(wú)機(jī)填充劑:1%、
[0015] 增韌劑:1%、
[0016] 聚乳酸:94%。
[0017] 該具有多彩效果的復(fù)合耗材的組分及質(zhì)量百分含量還可以為：
[0018] 高溫電鍍彩色金屬粉末:20%、
[0019] 助塑劑:5%、
[0020] 無(wú)機(jī)填充劑:10%、
[0021] 增韌劑：10%、
[0022]聚乳酸：55%。
[0023]上述高溫電鍍彩色金屬粉末具體為金屬質(zhì)金蔥粉或者鐳射系列金蔥粉或者兩者 按照比例1:1混合得到的混合物。
[0024]上述助塑料劑具體為乙撐雙硬脂酰胺。
[0025] 上述無(wú)機(jī)填充物具體為塑料低溫粉。
[0026] 上述增韌劑具體為彈性體AD0019。
[0027] 上述高溫電鍍彩色金屬粉末可選用200目細(xì)度到800目細(xì)度。
[0028] 上述組分質(zhì)量百分含量不同，在3D打印耗材使用中表現(xiàn)出不同的質(zhì)感和光澤度。
[0029] ①選擇高溫電鍍彩色金屬粉末2%-20%、助塑劑2%-5%、無(wú)機(jī)填充劑1 %-10%、 增韌劑1%-1〇%、聚乳酸:55%-95%;
[0030] ②將聚乳酸、助塑劑、無(wú)機(jī)填充劑、增韌劑按比例混合后制成聚乳酸混合顆粒；
[0031 ]③將聚乳酸混合顆粒放入塑料干燥機(jī)內(nèi)以90°C-100°C的溫度烘干3-4小時(shí)，使聚 乳酸混合顆粒的含水量降低至〇 .2%-0.5%(質(zhì)量）；
[0032]④將干燥后的聚乳酸混合顆粒放入塑料攪拌機(jī)，充分?jǐn)嚢杌旌?-6分鐘，然后加入 高溫電鍍彩色金屬粉末充分?jǐn)嚢杌旌?-2分鐘；
[0033]⑤將混合的顆粒加入到螺桿擠出機(jī)，經(jīng)過(guò)首段溫度150°C_165°C，第二段溫度170 °C_180°C，第三段溫度180°C_185°C，第四段溫度180°C_190°C，第五段溫度180°C_190°C的 分段式高溫塑化炮筒塑化溶解，螺桿轉(zhuǎn)速30-60RPM擠出原料；
[0034]⑥塑化后的原料經(jīng)過(guò)蜂窩狀的擠出模具后，再進(jìn)入口徑由大到小不銹鋼的錐型的 擠出模具后擠出成型的多彩復(fù)合線條；
[0035]⑦多彩復(fù)合線條線條進(jìn)入3米長(zhǎng)的40 °C-50 °C的常溫冷卻水槽，在牽引機(jī)的作用下 將多彩復(fù)合線條線徑控制在1.75mm±3.0mm的范圍內(nèi)然后迅速進(jìn)入到6米長(zhǎng)的10°C_15°C 存有冷水的水槽中，充分冷卻使彩復(fù)合線條冷卻成型線材；
[0036]⑧多彩復(fù)合線材進(jìn)人40厘米長(zhǎng)橫置的溫度控制在60-80°C熱氣矩陣進(jìn)行第一次吹 干，保證產(chǎn)品的干燥；
[0037] ⑨經(jīng)過(guò)吹干的線材進(jìn)入牽引卷起，在固定拉力的牽引下得到高精度大小直徑穩(wěn)定 的線材；
[0038] ⑩干燥后線徑穩(wěn)定后定性的線材進(jìn)入雙輪儲(chǔ)線架，緩沖及儲(chǔ)藏牽引出的線材；
[0039] (〇)線材從儲(chǔ)線架下來(lái)后進(jìn)入40厘米長(zhǎng)橫置的常溫吹氣矩陣進(jìn)行第二次吹干，保 證線材的充分干燥；
[0040] 02'經(jīng)過(guò)第二次吹干的線材經(jīng)過(guò)雙向高速激光測(cè)徑儀全程監(jiān)控線徑的直徑，并保 證線材的直徑的精度和線材橫截面的圓度；
[0041] @經(jīng)過(guò)測(cè)徑儀的線材進(jìn)入感應(yīng)排線器進(jìn)入卷線機(jī)，在卷線機(jī)的線盤中自動(dòng)收卷 成成品。
[0042]本發(fā)明的有益效果是：由于采用高溫電鍍彩色金屬粉末和乳酸塑膠材料作為3D打 印耗材的主材料，故使得該3D打印耗材打印出的制品，不需外部著色或二次加工，具有閃耀 眼的彩色光澤，具有類似晶石，琥珀一樣的彩色光澤和質(zhì)感，韌性強(qiáng)不易折斷，大大提高了 3D打印耗材打印過(guò)程中的穩(wěn)定性，提高了打印制品的質(zhì)量，開(kāi)拓多了 3D打印耗材的技術(shù)領(lǐng) 域。打印時(shí)模型的尺寸穩(wěn)定性好、不堵孔、不翹曲、加工條件要求低，降低了制品的收縮率且 保證制品具有較好的物理機(jī)械性能以及耐酸堿、防、抗紫外性能力強(qiáng)等耐候性。
【具體實(shí)施方式】 [0043] 實(shí)施例一
[0044]按質(zhì)量百分比，采用2%的高溫電鍍彩色金屬粉末，1 %的助塑劑，5 %的無(wú)機(jī)填充 劑，2%的增韌劑和90%的聚乳酸顆粒通過(guò)下列制作工藝制作的產(chǎn)品是多彩純透明，表面光 滑高亮，但是彩色亮點(diǎn)反射光較暗。打印過(guò)程穩(wěn)定較強(qiáng)，韌性也得到提升。具體制備如下： [0045] ①將聚乳酸顆粒9000G，乙撐雙硬脂酰胺100G，塑料低溫粉500G和彈性體 AD0019200G混合后制的聚乳酸混合顆粒；
[0046] ②將聚乳酸混合顆粒放入塑料干燥機(jī)內(nèi)以95°C的溫度烘干4小時(shí)，使聚乳酸混合 顆粒的含水量降低至0.3% (質(zhì)量）；
[0047] ③將干燥后的聚乳酸混合顆粒放入塑料攪拌機(jī)，充分?jǐn)嚢杌旌?分鐘，然后加入金 屬質(zhì)金蔥粉200G充分?jǐn)嚢杌旌?分鐘；
[0048]④將混合的顆粒加入到螺桿擠出機(jī)，經(jīng)過(guò)首段溫度150°C，第二段溫度175°C，第三 段溫度180°C，第四段溫度185°C，第五段溫度185°C的分段式高溫塑化炮筒塑化溶解，螺桿 轉(zhuǎn)速40RPM擠出原料；
[0049] ⑤塑化后的原料經(jīng)過(guò)蜂窩狀的擠出模具后，再進(jìn)入口徑由大到小不銹鋼的錐型的 擠出模具后擠出成型的多彩復(fù)合線條；
[0050] ⑥多彩復(fù)合線條線條進(jìn)入3米長(zhǎng)的50°C的常溫冷卻水槽，在牽引機(jī)的作用下將多 彩復(fù)合線條線徑控制在1.75mm范圍內(nèi)然后迅速進(jìn)入到6米長(zhǎng)的15°C存有冷水的水槽中，充 分冷卻使彩復(fù)合線條冷卻成型線材；
[0051 ]⑦多彩復(fù)合線材進(jìn)人40厘米長(zhǎng)橫置的溫度控制在60 °C熱氣矩陣進(jìn)行第一次吹干， 保證產(chǎn)品的干燥；
[0052] ⑧經(jīng)過(guò)吹干的線材進(jìn)入牽引卷起，在固定拉力的牽引下得到高精度大小直徑穩(wěn)定 的線材；
[0053] ⑨干燥后線徑穩(wěn)定后定性的線材進(jìn)入雙輪儲(chǔ)線架，緩沖及儲(chǔ)藏牽引出的線材； [0054]⑩線材從儲(chǔ)線架下來(lái)后進(jìn)入40厘米長(zhǎng)橫置的常溫吹氣矩陣進(jìn)行第二次吹干，保證 線材的充分干燥；
[0055] 經(jīng)過(guò)第二次吹干的線材經(jīng)過(guò)雙向高速激光測(cè)徑儀全程監(jiān)控線徑的直徑，并保 證線材的直徑的精度和線材橫截面的圓度；
[0056] 121經(jīng)過(guò)測(cè)徑儀的線材進(jìn)入感應(yīng)排線器進(jìn)入卷線機(jī)，在卷線機(jī)的線盤中自動(dòng)收卷 成成品。
[0057]我們選用了 5段經(jīng)過(guò)1%增韌劑對(duì)PLA進(jìn)行改性后的多彩復(fù)合線條線各1米和5段1 米普通PLA打印線條在沖擊測(cè)試機(jī)通過(guò)擺錘式測(cè)試方法得出。增韌劑含量在1 %時(shí)，增韌效 果一般，沖擊強(qiáng)度達(dá)到29.7J/m，斷裂伸長(zhǎng)率相對(duì)沒(méi)有加入增韌劑改性提高了近3倍。
[0058] 實(shí)施例二
[0059] 采用10%的高溫電鍍彩色金屬粉末，2%的助塑劑，10%的無(wú)機(jī)填充劑，10%的增 韌劑和68%的聚乳酸顆粒通過(guò)下列制作工藝制作的產(chǎn)品是多彩純透明，表面略微粗糙，但 是彩色亮點(diǎn)反射光澤度更強(qiáng)。打印過(guò)程穩(wěn)定強(qiáng)，韌性相對(duì)方案一增強(qiáng)。具體制備效果如下：
[0060] ①將聚乳酸顆粒7400G，乙撐雙硬脂酰胺200G，塑料低溫粉1000G和彈性體 AD0019440G混合后制的聚乳酸混合顆粒；
[0061 ]②將聚乳酸混合顆粒放入塑料干燥機(jī)內(nèi)以90 °C的溫度烘干4小時(shí)，使聚乳酸混合 顆粒的含水量降低至0.4% (質(zhì)量）；
[0062]③將干燥后的聚乳酸混合顆粒放入塑料攪拌機(jī)，充分?jǐn)嚢杌旌?分鐘，然后加入金 屬質(zhì)金蔥粉500G和錯(cuò)射系列金蔥粉500G充分?jǐn)嚢杌旌?分鐘；
[0063]④將混合的顆粒加入到螺桿擠出機(jī)，經(jīng)過(guò)首段溫度160°C，第二段溫度175°C，第三 段溫度185°C，第四段溫度190°C，第五段溫度185°C的分段式高溫塑化炮筒塑化溶解，螺桿 轉(zhuǎn)速60RPM擠出原料；
[0064]⑤塑化后的原料經(jīng)過(guò)蜂窩狀的擠出模具后，再進(jìn)入口徑由大到小不銹鋼的錐型的 擠出模具后擠出成型的多彩復(fù)合線條；
[0065]⑥多彩復(fù)合線條線條進(jìn)入3米長(zhǎng)的50°C的常溫冷卻水槽，在牽引機(jī)的作用下將多 彩復(fù)合線條線徑控制在1.75mm內(nèi)然后迅速進(jìn)入到6米長(zhǎng)的10°C°C存有冷水的水槽中，充分 冷卻使彩復(fù)合線條冷卻成型線材；
[0066]⑦多彩復(fù)合線材進(jìn)人40厘米長(zhǎng)橫置的溫度控制在80°C熱氣矩陣進(jìn)行第一次吹干， 保證產(chǎn)品的干燥；
[0067] ⑧經(jīng)過(guò)吹干的線材進(jìn)入牽引卷起，在固定拉力的牽引下得到高精度大小直徑穩(wěn)定 的線材；
[0068] ⑨干燥后線徑穩(wěn)定后定性的線材進(jìn)入雙輪儲(chǔ)線架，緩沖及儲(chǔ)藏牽引出的線材； [0069]⑩線材從儲(chǔ)線架下來(lái)后進(jìn)入40厘米長(zhǎng)橫置的常溫吹氣矩陣進(jìn)行第二次吹干，保證 線材的充分干燥；
[0070] @經(jīng)過(guò)第二次吹干的線材經(jīng)過(guò)雙向高速激光測(cè)徑儀全程監(jiān)控線徑的直徑，并保 證線材的直徑的精度和線材橫截面的圓度；
[0071] 12經(jīng)過(guò)測(cè)徑儀的線材進(jìn)入感應(yīng)排線器進(jìn)入卷線機(jī)，在卷線機(jī)的線盤中自動(dòng)收卷 成成品。
[0072] 我們同樣按照案例一中選用了 5段經(jīng)過(guò)10%增韌劑對(duì)PLA進(jìn)行改性后的多彩復(fù)合 線條線各1米和5段1米普通PLA打印線條在沖擊測(cè)試機(jī)通過(guò)擺錘式測(cè)試方法得出。增韌劑含 量在10%時(shí)，增韌效果明顯加強(qiáng)，沖擊強(qiáng)度達(dá)到37. lj/m，斷裂伸長(zhǎng)率相對(duì)沒(méi)有加入增韌劑 改性提高了近8倍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于3D打印的具有多彩效果的復(fù)合耗材，其特征在于其組分及質(zhì)量百分含量 為： 高溫電鍍彩色金屬粉末:2%-20%、 助塑劑:2%-5%、 無(wú)機(jī)填充劑:1%_1〇%、 增韌劑 聚乳酸:64%-95 %。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于3D打印的具有多彩效果的復(fù)合耗材，其特征在于其 組分及質(zhì)量百分含量為： 高溫電鍍彩色金屬粉末:2 %、 助塑劑:1%、 無(wú)機(jī)填充劑:5%、 增韌劑:2%、 聚乳酸:90%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于3D打印的具有多彩效果的復(fù)合耗材，其特征在于其 組分及質(zhì)量百分含量為： 高溫電鍍彩色金屬粉末:10 %、 助塑劑:2%、 無(wú)機(jī)填充劑:1〇%、 增韌劑:4%、 聚乳酸:74%。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一權(quán)利要求所述的一種用于3D打印的具有多彩效果的復(fù)合 耗材，其特征在于上述高溫電鍍彩色金屬粉末可選用200目細(xì)度到800目細(xì)度。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一權(quán)利要求所述的一種用于3D打印的具有多彩效果的復(fù)合 耗材，其特征在于上述高溫電鍍彩色金屬粉末具體為金屬質(zhì)金蔥粉和鐳射系列金蔥粉。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一權(quán)利要求所述的一種用于3D打印的具有多彩效果的復(fù)合 耗材，其特征在于上述助塑料劑具體為乙撐雙硬脂酰胺。7. 根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一權(quán)利要求所述的一種用于3D打印的具有多彩效果的復(fù)合 耗材，其特征在于上述無(wú)機(jī)填充物具體為塑料低溫粉。8. 根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一權(quán)利要求所述的一種用于3D打印的具有多彩效果的復(fù)合 耗材，其特征在于上述增韌劑具體為彈性體AD0019。9. 根據(jù)權(quán)利要求1至5的任一權(quán)利要求所述的一種用于3D打印的具有多彩效果的復(fù)合 耗材的制備方法，其特征在于制備步驟如下： ① 將聚乳酸、助塑劑、無(wú)機(jī)填充劑和增韌劑按比例混合后制成聚乳酸混合顆粒； ② 將聚乳酸混合顆粒放入塑料干燥機(jī)內(nèi)以90°C-100°C的溫度烘干3-4小時(shí)，使聚乳酸 混合顆粒的含水量降低至0.2%-0.5% ; ③ 將干燥后的聚乳酸混合顆粒放入塑料攪拌機(jī)，充分?jǐn)嚢杌旌?-6分鐘，然后加入高溫 電鍍彩色金屬粉末2 % -20 %充分?jǐn)嚢杌旌?-2分鐘； ④ 將混合的顆粒加入到螺桿擠出機(jī)，經(jīng)過(guò)首段溫度150°C-165°C，第二段溫度170°C- 180 °C，第三段溫度180 °C -185 °C，第四段溫度180 °C -190 °C，第五段溫度180 °C -190 °C的分 段式高溫塑化炮筒塑化溶解，螺桿轉(zhuǎn)速30-60RPM擠出原料； ⑤ 塑化后的原料經(jīng)過(guò)蜂窩狀的擠出模具后，再進(jìn)入口徑由大到小不銹鋼的錐型的擠出 模具后擠出成型的多彩復(fù)合線條； ⑥ 多彩復(fù)合線條線條進(jìn)入3米長(zhǎng)的40°C-50°C的常溫冷卻水槽，在牽引機(jī)的作用下將多 彩復(fù)合線條線徑控制在1.75臟±3.〇1111]1的范圍內(nèi)然后迅速進(jìn)入到6米長(zhǎng)的10 <€-15<€存有冷 水的水槽中，充分冷卻使彩復(fù)合線條冷卻成型線材； ⑦ 多彩復(fù)合線材進(jìn)人40厘米長(zhǎng)橫置的溫度控制在60-80°C熱氣矩陣進(jìn)行第一次吹干， 保證產(chǎn)品的干燥； ⑧ 經(jīng)過(guò)吹干的線材進(jìn)入牽引卷起，在固定拉力的牽引下得到高精度大小直徑穩(wěn)定的線 材； ⑨ 干燥后線徑穩(wěn)定后定性的線材進(jìn)入雙輪儲(chǔ)線架，緩沖及儲(chǔ)藏牽引出的線材； ⑩ 線材從儲(chǔ)線架下來(lái)后進(jìn)入40厘米長(zhǎng)橫置的常溫吹氣矩陣進(jìn)行第二次吹干，保證線材 的充分干燥； α?經(jīng)過(guò)第二次吹干的線材經(jīng)過(guò)雙向高速激光測(cè)徑儀全程監(jiān)控線徑的直徑，并保證線材 的直徑的精度和線材橫截面的圓度； 02經(jīng)過(guò)測(cè)徑儀的線材進(jìn)入感應(yīng)排線器進(jìn)入卷線機(jī)，在卷線機(jī)的線盤中自動(dòng)收卷成成 品。
【文檔編號(hào)】C08L67/04GK106009563SQ201610347563
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】曾添
【申請(qǐng)人】曾添