一种高光3D打印材料及其制备方法与流程

本发明涉及3d打印材料技术领域，特别是指一种高光3d打印材料及其制备方法。

背景技术：

相对于传统的机械加工技术，3d打印技术具有快速，精确且制造过程中产生废料少和占地面积小等优点，且对企业的投入制造成本要求低，适合中小企业的生产制造，3d打印是一项制造业领域的技术革命，展现了新时代个性化创造的活力和潜力；将会改变社会发展的方向，并会大大丰富人类社会的生活方式。

3d打印产品的品质直接由3d打印材料的性能决定，材料既决定了3d打印的应用趋势，也决定了3d打印的发展方向。3d打印材料主要有高分子材料、无机非金属材料(主要是陶瓷、玻璃等)和金属材料三大类。其中，高分子材料是可应用的成型方式最多的材料，如fdm、sls和sla等。因此高分子材料是当下快速成型技术应用范围最广的材料。

申请人在研究用于3d打印的高分子材料发现，目前应用在fdm成型技术的高分子打印材料，主要存在打印模型表面的光滑性和光泽度较差，从而导致打印出的产品视觉效果较差，影响产品的后续销售量。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种高光3d打印材料及其制备方法，以提高3d打印模型表面的光滑性和光泽度，从而增加产品的视觉效果。

基于上述目的本发明提供的一种高光3d打印材料，包括如下质量百分数成分，

pla(聚乳酸)10～35％，abs(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)40～65％，pps(聚苯硫醚)5～20％，增塑剂2～13％，脱模剂1～6％。

可选的，所述增塑剂为质量比为1:2～6的邻苯二甲酸酯和环氧大豆油的混合物。

可选的，所述脱模剂为质量比为1.5～7:1硬脂酸钙和石蜡的混合物。

可选的，所述pps为支链型结构。

一种高光3d打印材料的制备方法，包括如下步骤，

脱模剂的制备，将石蜡与水以1:2～5的比例进行混合后，搅拌加热至180～300℃，然后加入硬脂酸钙，搅拌至硬脂酸钙完全溶解后，超声分散50～80min，采用高压喷雾造粒，得脱模剂；

3d打印材料的制备，将abs和增速剂均分成两份，分别与pla和pps进行混炼，然后将两份混料合并，加入制备的脱模剂后，进行共混造粒，将混料颗粒经单螺杆挤出成型，挤出线材成品，得高光3d打印材料。

可选的，所述超声分散的频率为100～300hz。

可选的，所述高压喷雾造粒的压力为1.5～3.5mpa，出料口的温度为150～180℃。

可选的，所述混炼中，abs与pla的混炼温度为200～230℃，时长45～70min，abs与pps的混炼温度为280～320℃，时长25～55min。

可选的，所述共混造粒加料段温度为190～220℃，压缩段的温度为300～320℃，计量段的温度为200～230℃，冷却段的温度为0～5℃。

可选的，所述挤出成型口模的温度为200～220℃，螺杆转速为12～18r/min。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种高光3d打印材料及其制备方法，采用pla和pps对abs进行改性，pla中主要是羟基和羧基反应生成的酯键且具有旋光性，有利于改善abs的硬段的强度，促使整个abs分子链段软化，降低材料的收缩率，提高材料的流动性，同时添加流动性介于pla和abs之间的pps，填补pla和abs复合材料的流动性的差距，提高材料的融合性，添加的微球状的脱模剂，一方面有利于对复合材料进行填充，另一方面降低复合材料在打印过程中与打印机的机械摩擦，提高打印产品的表光滑度和光泽度；同时在制备的过程中采用两步共混法进行混料，提高混料的均匀性和充分性。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的样品打印出的产品图；

图2为本发明实施例不同脱模剂添加量3d打印产品图。

具体实施方式

为下面通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

为了解决现有技术中3d打印模型表面的光滑性和光泽度差，增加产品的视觉效果，本发明实施例提供的一种高光3d打印材料，包括如下质量百分数成分，pla(聚乳酸)10～35％，abs(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)40～65％，pps(聚苯硫醚)5～20％，增塑剂2～13％，脱模剂1～6％。

同时，提供一种高光3d打印材料的制备方法，包括如下步骤，

脱模剂的制备，将石蜡与水以1:2～5的比例进行混合后，搅拌加热至180～300℃，然后加入硬脂酸钙，搅拌至硬脂酸钙完全溶解后，超声分散50～80min，采用高压喷雾造粒，得脱模剂；

3d打印材料的制备，将abs和增速剂均分成两份，分别与pla和pps进行混炼，然后将两份混料合并，加入制备的脱模剂后，进行共混造粒，将混料颗粒经单螺杆挤出成型，挤出线材成品，得高光3d打印材料。

采用pla和pps对abs进行改性，pla中主要是羟基和羧基反应生成的酯键且具有旋光性，有利于改善abs的硬段的强度，促使整个abs分子链段软化，降低材料的收缩率，提高材料的流动性，同时添加流动性介于pla和abs之间的pps，填补pla和abs复合材料的流动性的差距，提高材料的融合性，添加的微球状的脱模剂，一方面有利于对复合材料进行填充，另一方面降低复合材料在打印过程中与打印机的机械摩擦，提高打印产品的表光滑度和光泽度；同时在制备的过程中采用两步共混法进行混料，提高混料的均匀性和充分性。

在一些可选实施例中本发明实施例1提供的，一种高光3d打印材料，包括如下质量百分数成分，pla(聚乳酸)25％，abs(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)55％，pps(聚苯硫醚)10％，增塑剂8％，脱模剂2％。

一种高光3d打印材料的制备方法，包括如下步骤，

脱模剂的制备，按硬脂酸钙和石蜡质量比为5:1的比例称取硬脂酸和石蜡，将石蜡与水以1:3的比例进行混合后，搅拌加热至230℃，石蜡与水形成均匀的溶液后，然后加入硬脂酸钙，搅拌至硬脂酸钙完全溶解后，将混合后的溶液置于超声频率为100～300hz下分散60min，有利于提高混合液的均匀性，将混合液倒入高压喷雾干燥机中，接着打开加热开关开始升温，当出料口温度达到160℃时，启动料泵和除尘系统，当泵压达到2.5mpa后，打开喷枪开始造粒得脱模剂；得到的脱模剂的粒径主要分布在10～30nm；

3d打印材料的制备，按配方称取pla、abs、支链型pps和增塑剂，其中增塑剂为质量比为1:3.5的邻苯二甲酸酯和环氧大豆油的混合物，分别将abs、pla、支链型pps、增塑剂和脱模剂在温度70℃下干燥2h后，然后将abs和增速剂均分成两份，将均分的abs和增速剂分别与pla和支链型pps加入高速混炼机中，abs与pla的混炼温度为210℃，时长50min，abs与pps的混炼温度为300℃，时长35min，然后将混炼后的混料在180℃下保温均化1～3h，此过程有利于混料的充分融合，释放混炼过程产生的剪切应力，提高混料的机械性能。

然后将均化后的两份混料一并加入熔融挤出机中，同时加入制备的脱模剂后，进行共混造粒，熔融挤出机的加料段为了防止物料的过早软化引起环结阻料，因此加料段温度为200℃，压缩段为了物料的充分熔融混合温度为310℃，为了同时螺杆的转速为20～25r/min，混合时间30～50s，螺杆的长径比为30～45，计量段为了让混合物熔体进一步加热并搅拌均匀，温度为220℃，有利于提高熔体的塑化性能，混合物熔体被挤压成熔体料条，为了后续降低打印产品的收缩率，此时控制冷却段的温度为0～5℃，此温度段的冷却效果有利于混料熔体的冷收缩，提高料条的致密性，最后将冷却好的料条用切粒机进行切粒。

将混料颗粒经单螺杆挤出成型，单螺杆挤出机口模的温度为210℃，螺杆转速为15r/min挤出线材成品，得高光3d打印材料。

在一些可选实施例中，本发明实施例2提供的一种高光3d打印材料及其制备方法同实施例1，不同的是本发明实施例2中pla10％，abs65％，pps6％，增塑剂13％，脱模剂6％。

在一些可选实施例中，本发明实施例3提供的一种高光3d打印材料及其制备方法同实施例1，不同的是本发明实施例3中pla35％，abs40％，pps20％，增塑剂2％，脱模剂3％。

在一些可选实施例中，本发明实施例4提供的一种高光3d打印材料及其制备方法同实施例1，不同的是本发明实施例4中增塑剂为质量比为1:2的邻苯二甲酸酯和环氧大豆油的混合物，脱模剂为质量比为1.5:1硬脂酸钙和石蜡的混合物。

在一些可选实施例中，本发明实施例5提供的一种高光3d打印材料及其制备方法同实施例1，不同的是本发明实施例5中增塑剂为质量比为1:6的邻苯二甲酸酯和环氧大豆油的混合物，脱模剂为质量比为7:1硬脂酸钙和石蜡的混合物。

在一些可选实施例中，本发明实施例6提供的一种高光3d打印材料及其制备方法同实施例1，不同的是本发明实施例6中共混造粒加料段温度为190℃，压缩段的温度为300℃，计量段的温度为200℃。

在一些可选实施例中，本发明实施例7提供的一种高光3d打印材料及其制备方法同实施例1，不同的是本发明实施例7中共混造粒加料段温度为220℃，压缩段的温度为320℃，计量段的温度为230℃。

在一些可选实施例中，本发明实施例8提供的一种高光3d打印材料及其制备方法同实施例1，不同的是本发明实施例8中混炼中，abs与pla的混炼温度为200℃，时长45min，abs与pps的混炼温度为280℃，时长25min。

在一些可选实施例中，本发明实施例9提供的一种高光3d打印材料及其制备方法同实施例1，不同的是本发明实施例9中混炼中，abs与pla的混炼温度为230℃，时长70min，abs与pps的混炼温度为320℃，时长55min。

本发明提供的实施例10的采用实施例1的制备方法和工艺条件，不同的是本发明实施例没有添加pps。

本发明提供的实施例11的采用实施例1的制备方法和工艺条件，不同的是本发明实施例没有添加pla。

本发明提供的实施例11的采用实施例1的制备方法和工艺条件，不同的是本发明实施例没有添加pla和pps。

性能测试

1、力学性能的测试：取实施例1～12制备的样品材料，通过3d打印机(makerbot)makerbot成预设的哑铃型样条(有效工作长度为50mm，宽度为10mm，髙度为4mm)。实验中采用的测试标准为gb1040-2006，传感器的最大量程为10kn，拉伸速度设置为50mm/mm。

1、力学性能测试，测试结果如表1所示。

表1不同制备工艺下样品力学性能测试结果

从表1的数据可以看出，pla和pps的的添加有利于提升abs的力学性能，但pla和pps在提升abs的性能方面上表现出不一样的效果，添加pla的abs拉伸强度较添加pps的拉伸强度要大，但断裂伸长率却出现相反的效果，同时实施例1制备的样品整体机械性能较优，pla和pps的共同作用的结果。

2、打印效果评估，通过makerbot3d打印机，根据力学性能的测试结果，选取实施例1、4、6、8、10、11、12制备的3d线材进打印效果的对比，对制备的打印线材打印效果采用表2所示的评估标准进行打分评估。

表23d打印效果评估标准

评估的结果如表3所示，表3中的数据显示，实施例1制备的样品的整体性能较优，同时实施例1、4、6和8整体性能优于实施例10、11和12，且实施例12制备的样品的打印效果在变形度的性能最差，添加pps的样品打印效果优于添加pla的。

表33d打印效果评估结果

将本发明实施例1制备的样品通过makerbot3d打印机进行模型的打印如图1所示，打印结构复杂的模型，精确度、色泽度和光滑度等性能都较为突出，超过市场可期性。

同时，将添加本发明制备的脱模剂制备的打印线材和添加了相同质量的脱模剂混合物制备的打印线材采用makerbot3d打印机进行模型的打印如图2所示，从左到右的分别是添加本发明制备的脱模剂和添加脱模剂混合物打印出的模型，可见添加本发明制备的脱模剂的模型表面较为光滑且色泽度较优。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。