一种新型硬质柔性3D打印材料

摘要

本发明涉及3D打印领域，尤其涉及尤其涉及一种新型硬质柔性3D打印材料。其制备方法包含如下步骤：混料：在柔性基体中混入一些可以通过后处理方法变软的硬质材料；制料：挤出获得硬质材料；后处理：硬质材料后处理后变成柔性材料。有益效果：(1)密封保存后的材料，硬度高，采用FDM机器打印时非常顺利，不受齿轮进料装置影响，不卡丝；(2)该材料打印成型容易，不拉丝，模型无斑点；(3)曲面打印效果好；(4)可采用常规3D硬质打印材料的打印速度，比柔性材料打印速度(柔性材料常规设计速度在20‑40mm/S)提高1倍多；(5)后处理得到的最终材料韧性好；(6)软化成型容易，无毒无害。

权利要求

1.一种3D打印模型，其特征在于，以重量份计，由以下原料制成：柔性基体40-80份、硬质材料10-60份、增硬组份10-30份、填料0-10份；

所述柔性基体包括TPU、PUR、SBS、SEBS中的一种或多种；

所述硬质材料包括聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、赛璐璐、聚酯、硬质TPU、轻度交联的聚苯乙烯的一种或多种；

所述增硬组份为刚性链高分子，包括PC、ABS、PLA、PS、PA中的一种或多种；

所述填料包括硅微粉、蒙脱土、高岭土、硅藻土、白炭黑、碳酸钙、气相二氧化硅、氢氧化铝、滑石粉中的一种或多种；

将上述材料按照所述重量份数混合，然后在双螺杆挤出机中造粒，其挤出温度不超过

190℃；

制备3D打印丝，具体包括：

(1)将上述材料的粒料进行干燥，干燥温度60-65℃，干燥时间为6.5-8.5小时；

(2)将干燥好的粒料加入单螺杆挤出机的料筒，挤出成型，出口模后采用风冷，直至定型；

(3)缠绕成卷：选取匀速拉力牵引，可得到直径为1.75mm和直径为3.00mm的均匀3D打印丝；

软化：将3D打印丝制成的模型在水，醋，酒，碱溶液、或食盐水中浸泡软化。

2.如权利要求1所述的一种3D打印模型，其特征在于，原料还包含相容剂、抗氧剂、增韧剂和增塑剂。

3.权利要求1或2所述的3D打印模型的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：造粒:将上述原料按照所述重量份数混合，并通过双螺杆挤出机进行造粒，挤出温度不超过190℃；

制备3D打印丝，具体包括：

(1)将上述粒料进行干燥，干燥温度60-65℃，干燥时间为6.5-8.5小时：(2)将干燥好的粒料加入单螺杆挤出机的料筒，挤出成型，出口模后采用风冷，直至定型；挤出条件为：螺杆比1:28，第一区间进料温度160℃，第二区间进料温度185℃，第三区间温度205℃，第四区间温度195℃，螺杆速度30转/min，电机转速800-900转/min，出口模后，在距离模口50cm处，冷风吹，促使丝线高速旋转；第一段冷却完毕，空置50cm长度，再进行微风冷却，然后空置自然风冷却，直至定型；

(3)缠绕成卷：选取匀速拉力牵引，得到直径为1.75mm和直径为3.00mm的均匀3D打印丝；

软化：将3D打印丝制成的模型在水，醋，酒，碱溶液，或食盐水中浸泡软化。

说明书

一种新型硬质柔性3D打印材料

技术领域

[0001] 本发明涉及3D打印领域，尤其涉及尤其涉及一种新型硬质柔性3D打印材料。

背景技术

[0002] 目前，3D打印技术发展迅猛，3D打印材料是支撑3D打印行业发展的三大关键技术之一。目前，市场上的FDM 3D打印机占有量大，但是直接打印柔性材料仍存在缺陷，主要表现在两方面：(1)FDM 3D打印机挤出装置多为齿轮啮合，该装置易导致柔性材料卡丝，造成打印的失败；(2)如果采用单纯的TPU、TPE、PUR等柔性材料打印，打印模型不光滑，在模型表面易形成丝状或斑点，需要进行二次处理。其实柔性材料的工业应用十分广泛，例如：鞋厂，儿童玩具等。为了扩展FDM机器的应用市场，必须开发能够满足FDM打印机打印的硬质柔性材料。这种新型硬质柔性3D打印材料能解决用户使用过程中存在的障碍，而且打印模型光滑细腻，在工业鞋厂设计，柔性模型打印，儿童玩具市场具有广阔的应用前景。

发明内容

[0003] 发明的目的：为了提供一种效果更好的新型硬质柔性3D打印材料，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。

[0004] 为了达到如上目的，本发明采取如下技术方案：

[0005] 一种新型硬质柔性3D打印材料，其特征在于，其制备方法包含如下步骤：

[0006] 混料：在柔性基体中混入一些可以通过后处理方法变软的硬质材料；

[0007] 制料：挤出获得硬质材料；

[0008] 后处理：硬质材料后处理后变成柔性材料。

[0009] 本发明进一步技术方案在于，所述柔性基体包括TPU、TPE、PUR、SBS、SEBS中的一种或多种。

[0010] 本发明进一步技术方案在于，所述可以通过后处理方法变软的硬质材料包括聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、赛璐璐、聚酯、硬质TPU、轻度交联的聚苯乙烯的一种或多种。

[0011] 本发明进一步技术方案在于，所述混料的步骤中还包含增强材料，所述增强材料为包括刚性链的高分子和/或填料。

[0012] 本发明进一步技术方案在于，所述刚性高分子链包括PC、ABS、PLA、PS、PA中的一种或多种。

[0013] 本发明进一步技术方案在于，所述填料包括硅微粉、蒙脱土、高岭土、硅藻土、白炭黑、碳酸钙、气相二氧化硅、氢氧化铝、滑石粉中的一种或多种。

[0014] 本发明进一步技术方案在于，还包含相容剂、抗氧剂、增韧剂和增塑剂。

[0015] 软质材料：40-80份

[0016] 本发明进一步技术方案在于，柔性基体包含的重量份为40-80份，经过后处理可以变软的硬质材料的重量份为10-60份；还包含10-30份的增硬组分；还包含0-10份的填料。

[0017] 本发明进一步技术方案在于，所述后处理是指将制料后的物质在水，醋，酒，碱溶液、或食盐水中浸泡软化模型。

[0018] 本发明进一步技术方案在于，所述制料是指通过单螺杆挤出机进行制备，包含以下步骤：

[0019] (1)将上述的混料的粒料进行干燥，干燥温度60-65℃，干燥时间为6.5-8.5小时：

[0020] (2)将干燥好的粒料加入单螺杆挤出机的料筒，挤出成型，出口模后采用风冷，直至定型；

[0021] (3)缠绕成卷：选取匀速拉力牵引，可得到直径为1.75mm和直径为3.00mm的均匀3D打印丝。

[0022] 采用如上技术方案的本发明，相对于现有技术有如下有益效果：(1)密封保存的材料，硬度高，采用FDM机器打印时非常顺利，不受齿轮进料装置影响，不卡丝；(2)该材料打印成型容易，不拉丝，模型无斑点；(3)曲面打印效果好；(4)可采用常规3D硬质打印材料的打印速度，比柔性材料打印速度(柔性材料常规设计速度在20-40mm/S)提高1倍多；(5)后处理得到的最终材料韧性好；(6)软化成型容易，无毒无害。

具体实施方式

[0023] 下面对本发明的实施例进行说明，实施例不构成对本发明的限制：

[0024] 方案一：制备基础硬质柔性3D打印材料

[0025] 基础3D打印材料包含以下物质：软质材料，经过后处理可以变软的硬质材料、增硬组分、填料和助剂。软质材料包括TPU，TPE，PUR、SBS、SEBS等弹性体材料，一种或两种；经过后处理可以变软的硬质材料包括聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、赛璐璐、聚酯、硬质TPU、轻度交联的聚苯乙烯等，一种或多种；增硬组分包括PC、ABS、PLA、PS、PA等，一种或两种；填料包括硅微粉、蒙脱土、高岭土、硅藻土、白炭黑、碳酸钙、气相二氧化硅、氢氧化铝、滑石粉等，以上物质中的一种或数种；助剂包括相容剂、抗氧剂、增韧剂和增塑剂。上述增韧剂包括橡胶类、热塑性弹性体、共聚物、核壳结构材料，及其改性结构材料，例如EVA、POE-g-MAH、POE-g-GMA和ACR，以上物质中的一种或数种；上述增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、柠檬三丁酯、PEG-2000中的一种或数种；上述相容剂包括聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、聚苯乙烯接枝马来酸酐、聚乳酸接枝马来酸酐、ABS接枝马来酸酐等，以上物质中的一种或数种；上述抗氧剂包括包括芳香类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂和辅助抗氧剂中的一种或两种；

[0026] 本发明进一步技术方案在于，利用如上所述的方法制备的硬质变软材料作为基础配置混合材料；混合材料基本的配方如下(按重量份)：

[0027] 软质材料：40-80份

[0028] 经过后处理可以变软的硬质材料：10-60份

[0029] 增硬组分：10-30份

[0030] 填料：0-10份

[0031] 助剂：适量

[0032] 本发明进一步技术方案在于，所述混合材料在双螺杆挤出机中造粒，其挤出温度不超过190℃。

[0033] 方案二：制备3D打印丝

[0034] 本发明进一步技术方案在于，造粒后还包含成型的步骤，其特征在于，通过单螺杆挤出机进行制备，包含以下步骤：

[0035] (1)将上述的改性材料的粒料进行干燥，干燥温度60-65℃，干燥时间为6.5-8.5小时：

[0036] (2)将干燥好的粒料加入单螺杆挤出机的料筒，挤出成型，出口模后采用风冷，直至定型；

[0037] (3)缠绕成卷：选取匀速拉力牵引，可得到直径为1.75mm和直径为3.00mm的均匀3D打印丝。

[0038] 方案三：3D打印材料的软化。

[0039] 采用如上的3D打印材料打印成型后，在水，醋，酒，碱溶液、或食盐水中浸泡软化模型。

[0040] 下面对本发明的实施例进行说明，实施例不构成对本发明的限制：

[0041] 实施例一：

[0042] 将700gTPU、200g聚乙烯醇、100g ABS、10g纳米蒙脱土进行干燥，然后与5g邻苯二甲酸二辛酯，5g抗氧剂1010，50g EVA，50gABS-g-MAH进行预混合，混合均匀后加入双螺杆挤出机挤出造粒，所设置的温度依次为130℃，170℃，180℃，175℃，170℃。所得的粒料为硬质变软材料的粒料。

[0043] 将所得粒料在60-65℃干燥，干燥时间为3.5小时，然后采用单螺杆挤出机进行挤出成型。挤出条件如下：螺杆比1∶28，第一区间进料温度160℃；第二区间温度185℃；第三区间温度205℃；第四区间温度195℃；螺杆速度30转/min，电机转速800-900转/min。出口模后，在距离模口50cm处，冷风吹，促使丝线高速旋转；第一段冷却完毕，空置50cm长度，再进行微风冷却；然后空置自然风冷却，直至定型。最后选取匀速拉力牵引，牵引力拉力机显示为16-17赫兹，缠绕成卷，此时可以定型为直径1.75mm的均匀打印丝。即为所得的3D硬质变软打印材料。此种材料经过3D打印后，采用常温的水进行进行后处理，经过一段时间后打印材料可由硬变软。

[0044] 实施例二

[0045] 将600gTPU、200g聚乙烯醇、200g ABS、20g纳米蒙脱土进行干燥，然后与5g邻苯二甲酸二辛酯，5g抗氧剂1010，50gPTW，50g ABS-g-MAH进行预混合，混合均匀后加入双螺杆挤出机挤出造粒，所设置的温度依次为130℃，170℃，180℃，175℃，170℃。所得的粒料为硬质变软材料的粒料。

[0046] 将所得粒料在60-65℃干燥，干燥时间为3.5小时，然后采用单螺杆挤出机进行挤出成型。挤出条件如下：螺杆比1∶28，第一区间进料温度160℃；第二区间温度185℃；第三区间温度205℃；第四区间温度195℃；螺杆速度30转/min，电机转速800-900转/min。出口模后，在距离模口50cm处，冷风吹，促使丝线高速旋转；第一段冷却完毕，空置50cm长度，再进行微风冷却；然后空置自然风冷却，直至定型。最后选取匀速拉力牵引，牵引力拉力机显示为16-17赫兹，缠绕成卷，此时可以定型为直径1.75mm的均匀打印丝。即为所得的3D硬质变软打印材料。此种材料经过3D打印后，采用常温的水进行进行后处理，经过一段时间后打印材料可由硬变软。

[0047] 实施例三：

[0048] 将600gTPU、200g轻度交联的聚苯乙烯、100g PS进行干燥，然后与然后与5g邻苯二甲酸二辛酯，5g抗氧剂1010，50g EVA，50g PS-g-MAH进行预混合，混合均匀后加入双螺杆挤出机挤出造粒，所设置的温度依次为130℃，170℃，180℃，175℃，170℃。所得的粒料为硬质变软材料的粒料。

[0049] 将所得粒料在60-65℃干燥，干燥时间为3.5小时，然后采用单螺杆挤出机进行挤出成型。挤出条件如下：螺杆比1∶28，第一区间进料温度160℃；第二区间温度185℃；第三区间温度195℃；第四区间温度190℃；螺杆速度30转/min，电机转速800-900转/min。出口模后，在距离模口50cm处，冷风吹，促使丝线高速旋转；第一段冷却完毕，空置50cm长度，再进行微风冷却；然后空置自然风冷却，直至定型。最后选取匀速拉力牵引，牵引力拉力机显示为16-17赫兹，缠绕成卷，此时可以定型为直径1.75mm的均匀打印丝。即为所得的3D硬质变软打印材料。此种材料经过3D打印后，进行后处理，经过一段时间后打印材料可由硬变软。

[0050] 实施例四：

[0051] 将600gTPU、200g聚乙烯醇、100g PLA、10g纳米蒙脱土进行干燥，然后与5g邻苯二甲酸二辛酯，5g抗氧剂1010，50g核壳结构的增韧剂，50g PLA-g-MAH进行预混合，混合均匀后加入双螺杆挤出机挤出造粒，所设置的温度依次为130℃，170℃，180℃，175℃，170℃。所得的粒料为硬质变软材料的粒料。

[0052] 将所得粒料在60-65℃干燥，干燥时间为3.5小时，然后采用单螺杆挤出机进行挤出成型。挤出条件如下：螺杆比1∶28，第一区间进料温度160℃；第二区间温度185℃；第三区间温度205℃；第四区间温度195℃；螺杆速度30转/min，电机转速800-900转/min。出口模后，在距离模口50cm处，冷风吹，促使丝线高速旋转；第一段冷却完毕，空置50cm长度，再进行微风冷却；然后空置自然风冷却，直至定型。最后选取匀速拉力牵引，牵引力拉力机显示为16-17赫兹，缠绕成卷，此时可以定型为直径1.75mm的均匀打印丝。即为所得的3D硬质变软打印材料。此种材料经过3D打印后，采用常温的水进行进行后处理，经过一段时间后打印材料可由硬变软。

[0053] 实施例五：

[0054] 将600gTPU、200g赛璐璐、100g ABS进行干燥，然后与5g邻苯二甲酸二辛酯，3g抗氧剂1010，50g EVA，50gABS-g-MAH进行预混合，混合均匀后加入双螺杆挤出机挤出造粒，所设置的温度依次为130℃，170℃，180℃，175℃，170℃。所得的粒料为硬质变软材料的粒料。

[0055] 将所得粒料在60-65℃干燥，干燥时间为3.5小时，然后采用单螺杆挤出机进行挤出成型。挤出条件如下：螺杆比1∶28，第一区间进料温度160℃；第二区间温度185℃；第三区间温度205℃；第四区间温度195℃；螺杆速度30转/min，电机转速800-900转/min。出口模后，在距离模口50cm处，冷风吹，促使丝线高速旋转；第一段冷却完毕，空置50cm长度，再进行微风冷却；然后空置自然风冷却，直至定型。最后选取匀速拉力牵引，牵引力拉力机显示为16-17赫兹，缠绕成卷，此时可以定型为直径1.75mm的均匀打印丝。即为所得的3D硬质变软打印材料。打印完后浸泡在酒中，材料可以变软。

[0056] 实施例六：

[0057] 将600gTPU、200g聚乙烯醇、100gABS、10g纳米蒙脱土进行干燥，然后与5g邻苯二甲酸二辛酯，50g EVA，50gPS-g-MAH进行预混合，混合均匀后直接加入单螺杆挤出机直接进行挤出成型。挤出条件如下：螺杆比1∶28，第一区间进料温度175℃；第二区间温度190℃；第三区间温度210℃；第四区间温度200℃；螺杆速度30转/min，电机转速800-900转/min。出口模后，在距离模口50cm处，冷风吹，促使丝线高速旋转；第一段冷却完毕，空置50cm长度，再进行微风冷却；然后空置自然风冷却，直至定型。最后选取匀速拉力牵引，牵引力拉力机显示为16-17赫兹，缠绕成卷，此时可以定型为直径1.75mm的均匀打印丝。即为所得的3D硬质变软打印材料。打印完后浸泡在冷水中，材料可以变软。

[0058] 需要说明的是，本专利提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不相互制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互组合，达到多个效果共同实现。

[0059]

[0060] 总的来说，本发明公开了一种硬质柔性3D打印材料及其制备方法。原理是在柔性基体中加入一些可以通过后处理方法变软的硬质材料，首先得到硬质材料，后处理后变成柔性材料。成型方法是通过单螺杆挤出机挤出成型，经空气冷却，绕成卷，即得到1.75mm或3.0mm的3D打印材料。后处理所用的液体为醋、酒、水、碱溶液，或食盐溶液。此种材料在没有后处理前硬度高，可用FDM机器打印，打印时不卡丝，不拉丝；保质期长；经过后处理得到的最终材料韧性好。此技术能使柔性材料在3D打印领域得到广泛的应用，因此具有巨大的应用价值。

[0061] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。