一種竹塑復合3d打印用絲材及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于3D打印材料技術領域，具體涉及一種竹塑復合3D打印用絲材及其制作方法。
【背景技術】
[0002]當前，快速成型技術一般俗稱3D打印技術正在快速發展。快速成型技術英文名Rapid Prototypin份簡稱RP技術，RP技術是在現代CAD/CAM技術、激光技術、計算機數控技術、精密伺服驅動技術以及新材料技術的基礎上集成發展起來的。不同種類的快速成型系統因所用成形材料不同，成形原理和系統特點也各有不同。但是，其基本原理都是一樣的，那就是〃分層制造，逐層疊加"。
[0003]熔融沉積成型英文名Fused Deposit1n Modelin份，縮寫為FDM工藝，作為最常見的一種同步送料型工藝，也是繼光固化成型和疊層實體制造工藝后的另一種應用比較廣泛的快速成型技術。該工藝無需激光系統，因而價格低廉，運行費用低且可靠性高。FDM工藝的基本原理為打印軟件自動將三維模型分層，三維模型由CATIA或U份、PRO-E等三維設計軟件得到，自動生成每層的模型成型路徑和必要的支撐路徑。熱融頭將聚乳酸或和ABS材料加熱至220°C成熔融狀態噴出，該溫度下熔融的ABS材料既可以有一定的流動性又能保證很好的精度。一層成型完成后，機器工作臺下降一個分層厚度再成型下一層，如此直到工件完成。采用熔融沉積工藝的桌面式打印機因其價廉，安全，快速的特點而在普通用戶范圍內快速的普及。
[0004]隨著環保逐漸成為人們關注的材料特性，成本低、性能好并且具備一定的環境相容性的復合材料開始擁有更廣闊的市場前景。而近年來，天然植物纖維作為增強材料的優勢越來越受大眾的關注。因為它不僅具有資源豐富，價格低廉，密度比其他無機纖維都小，而模量和拉伸強度與無機纖維相近，同時還具有可反復加工、不易吸水受潮、可生物降解等特點。FDM工藝一般使用的材料為聚乳酸與ABS，聚乳酸因其可降解的環保優勢而逐步成為市場主流，但實際可用的打印材料還是種類太少。
【發明內容】
[0005]本發明是為了解決現有的適用于FDM工藝的3D打印材料種類少的問題，而提供一種打印流暢，制作方便、環保易降解的竹塑復合3D打印用絲材。另外，本發明還提供上述竹塑復合3D打印用絲材的制作方法。
[0006]本發明為解決其技術問題所采取的技術方案是:設計一種竹塑復合3D打印用絲材，它由以下重量份原料組成:聚乳酸30—70份；竹粉12—28份；潤滑劑0.9-2.1份；增塑劑0.9—2.1份。
[0007]進一步地，所述潤滑劑選擇聚乙二醇、硬脂酸中的一種或兩種混合物。
[0008]進一步地，所述增塑劑選擇鄰苯二甲酸二辛酯、環氧大豆油、甘油、合成植物酯中的一種或多種混合物。
[0009]本發明還提供一種上述竹塑復合3D打印用絲材的制作方法，包括以下步驟:
(1)原材料的準備與處理:準備聚乳酸、竹粉、潤滑劑、增塑劑，所述竹粉由竹子通過制粉機加工成粉末狀，竹粉目數為180~220目；
(2)水份控制:對所述竹粉、聚乳酸進行烘干操作，將殘存在竹粉、聚乳酸中的水份蒸發，控制竹粉與聚乳酸的含水率在10%以下；
(3)試劑與原材料混合:先向攪拌機內放入聚乳酸，再添加潤滑劑，期間不停攪拌混合，待顆粒表面均泛液體亮光，即攪拌均勻，之后添加增塑劑，期間不停攪拌混合，待顆粒表面均泛液體亮光，即攪拌均勻，待混合完成之后，再添加竹粉進行后續混合；后續混合時首先保證竹粉能包裹在塑料顆粒外側，并且保證后續混合拌間在1~2分鐘之內完成，最后得到混合原料；
(4)加熱擠出:將混合原料添加到擠出機中，混合原料添加速度保持勻速流暢，保證在擠出過程中不產生堵塞，出絲穩定流暢，擠出過程中第一段加工溫度為165°C，第二段為175°C，第三段為175°C ；
(5)卷絲:通過在擠出機的出口加裝口模，限定出絲的粗細基本保持直徑為
1.70~1.80mm，最后通過圓盤裝置繞絲收集成型絲材，或者隨絲材自然下落進行收集即可。
[0010]優選地，所述擠出機選用錐形雙螺桿擠出機。
[0011]本發明所提出的這種竹塑復合3D打印用絲材，具有以下優點:
竹塑復合材料作為一種環保可回收的綠色材料，正在逐漸體現出它的優勢，以竹代木是未來的發展方向。世界竹類植物有70多屬，1200多種，而中國作為世界上種類資源最豐富的國家，有約39屬，近500余種，有著“竹子王國”之稱。
[0012]竹塑復合材料的優點:
(1)耐用，耐磨，使用壽命長，竹纖維經過干燥處理，并將竹粉與塑料基體共混擠出，竹粉被高分子材料包覆，霉菌缺少滋生的環境，故不易生菌，不怕蟲蛀，不易腐燭；
(2)保留了熱塑性樹脂容易加工的性能，容易成型，竹粉與聚乳酸的混合沒有破壞聚乳酸原有的分子結構，保留了聚乳酸原有的一般性能，可像熱塑性塑料一樣擠出、注塑、模壓，用普通的塑料加工設備或者將其稍加改造后便可進行成型加工。在加工設備上新投入的資金少，有利于推廣應用；
(3)無毒無異味，本材料制作時采用的添加劑均采用酯類等環保材料，通過降解均完全轉化成二氧化碳和水，對環境與人體不會產生危害。打印時的氣味為淡淡的巧克力味。在建筑裝修施工中以及建成后長期使用過程中均不釋放甲酸等有害氣體，環境友好；
(4)使用后可重復使用以及回收再利用，此種混合沒有破壞分子結構，故將使用后的產品粉碎，熔融通過擠出機等相關設備，可以進行重復擠出，重復加工成絲材。還可以充分利用回收到的加工或使用過程中被廢棄的竹料及塑料，極大地提高了天然竹材資源和人造塑料的利用率，并能較好地解決廢棄竹料與塑料所造成的污染及垃圾處理問題；
(5)資源豐富，成本低廉，聚乳酸塑料顆粒市場價顯示為23元/K份，而竹粉的購入價為I元/k份，故添加竹粉能顯著降低產品成本，且成本隨竹粉添加逐步遞減，對維護工作的要求較低，維修所需的費用低。
[0013]本發明的這種竹塑復合絲材，外形呈卷絲狀或直線狀，通體呈棕黃色，表面不光滑，略顯粗糙，平均密度1248k份/m3，邵氏硬度D84.62，彎曲模量2832MPa，彎曲強度44.46MPa，熔融指數達到6—7份/lOmin。用本方法制成的絲材可廣泛用于采用FDM工藝的各類型3D打印機。可用于打印木質工藝品，沙盤地形模型有良好外觀效果。本產品拓展了桌面式3D打印機的材料可用領域，且加工工具少，成本低，打印效果好。
【具體實施方式】
[0014]本發明，一種竹塑復合3D打印用絲材，它由以下重量份原料組成:聚乳酸30 — 70份；竹粉12 — 28份；潤滑劑0.9—2.1份；增塑劑0.9—2.1份。
[0015]優選地，一種竹塑復合3D打印用絲材，它由以下重量份原料組成:聚乳酸3份；竹粉12份；潤滑劑0.9份；增塑劑0.9份。
[0016]優選地，一種竹塑復合3D打印用絲材，它由以下重量份原料組成:聚乳酸70份；竹粉28份；潤滑劑2.1份；增塑劑2.1份。
[0017]優選地，一種竹塑復合3D打印用絲材，它由以下重量份原料組成:聚乳酸50份；竹粉15份；潤滑劑1.5份；增塑劑1.5份。
[0018]進一步地，所述潤滑劑選擇聚乙二醇、硬脂酸中的一種或兩種混合物。
[0019]進一步地，所述增塑劑選擇鄰苯二甲酸二辛酯、環氧大豆油、甘油、合成植物酯中的一種或多種混合物。
[0020]本發明還提供一種上述竹塑復合3D打印用絲材的制作方法，包括以下步驟:
(1)原材料的準備與處理:準備聚乳酸、竹粉、潤滑劑、增塑劑，所述竹粉由竹子通過制粉機加工成粉末狀，竹粉目數為200目；
(2)水份控制:對所述竹粉、聚乳酸進行烘干操作，將殘存在竹粉、聚乳酸中的水份蒸發，控制竹粉與聚乳酸的含水率在10%以下；
(3)試劑與原材料混合:先向攪拌機內放入聚乳酸，再添加潤滑劑，期間不停攪拌混合，待顆粒表面均泛液體亮光，即攪拌均勻，之后添加增塑劑，期間不停攪拌混合，待顆粒表面均泛液體亮光，即攪拌均勻，待混合完成之后，再添加竹粉進行后續混合；后續混合時首先保證竹粉能包裹在塑料顆粒外側，并且保證后續混合拌間在1.5分鐘之內完成，最后得到混合原料；
(4)加熱擠出:將混合原料添加到擠出機中，混合原料添加速度保持勻速流暢，保證在擠出過程中不產生堵塞，出絲穩定流暢，擠出過程中第一段加工溫度為165°C，第二段為175°C，第三段為175°C ；
(5)卷絲:通過在擠出機的出口加裝口模，限定出絲的粗細基本保持直徑為1.78mm，最后通過圓盤裝置繞絲收集成型絲材，或者隨絲材自然下落進行收集即可。
[0021]優選地，所述擠出機選用錐形雙螺桿擠出機。
【主權項】
1.一種竹塑復合3D打印用絲材，其特征是它由以下重量份原料組成:聚乳酸30 — 70份；竹粉12 — 28份；潤滑劑0.9—2.1份；增塑劑0.9—2.1份。2.如權利要求1所述的竹塑復合3D打印用絲材，其特征在于:所述潤滑劑選擇聚乙二醇、硬脂酸中的一種或兩種混合物。3.如權利要求1所述的竹塑復合3D打印用絲材，其特征在于:所述增塑劑選擇鄰苯二甲酸二辛酯、環氧大豆油、甘油、合成植物酯中的一種或多種混合物。4.一種制作權利要求1所述的竹塑復合3D打印用絲材的方法，其特征是包括以下步驟: (1)原材料的準備與處理:準備聚乳酸、竹粉、潤滑劑、增塑劑，所述竹粉由竹子通過制粉機加工成粉末狀，竹粉目數為180~220目； (2)水份控制:對所述竹粉、聚乳酸進行烘干操作，將殘存在竹粉、聚乳酸中的水份蒸發，控制竹粉與聚乳酸的含水率在10%以下； (3)試劑與原材料混合:先向攪拌機內放入聚乳酸，再添加潤滑劑，期間不停攪拌混合，待顆粒表面均泛液體亮光，即攪拌均勻，之后添加增塑劑，期間不停攪拌混合，待顆粒表面均泛液體亮光，即攪拌均勻，待混合完成之后，再添加竹粉進行后續混合；后續混合時首先保證竹粉能包裹在塑料顆粒外側，并且保證后續混合拌間在1~2分鐘之內完成，最后得到混合原料； (4)加熱擠出:將混合原料添加到擠出機中，混合原料添加速度保持勻速流暢，保證在擠出過程中不產生堵塞，出絲穩定流暢，擠出過程中第一段加工溫度為165°C，第二段為175°C，第三段為175°C ； (5)卷絲:通過在擠出機的出口加裝口模，限定出絲的粗細基本保持直徑為1.70~1.80mm，最后通過圓盤裝置繞絲收集成型絲材，或者隨絲材自然下落進行收集即可。5.如權利要求4所述的竹塑復合3D打印用絲材的方法，其特征是:所述擠出機選用錐形雙螺桿擠出機。
【專利摘要】本發明公開一種竹塑復合3D打印用絲材，外形呈卷絲狀或直線狀，通體呈棕黃色，表面不光滑，略顯粗糙，平均密度1248k份/m3，邵氏硬度D84.62，彎曲模量2832MPa，彎曲強度44.46MPa，熔融指數達到6~7份/10min。絲材的生產包括如下步驟：原材料的準備與處理、水份控制、試劑與原材料混合、加熱擠出、卷絲，用本方法制成的絲材可廣泛用于采用FDM工藝的各類型3D打印機。可用于打印木質工藝品，沙盤地形模型有良好外觀效果。本產品拓展了桌面式3D打印機的材料可用領域，且加工工具少，成本低，打印效果好。
【IPC分類】B29C47/92, C08L67/04, B29C67/24, C08L97/02, B33Y70/00
【公開號】CN104962051
【申請號】CN201510348038
【發明人】壽國忠, 趙大旭, 蔡羨, 劉麗娜, 王佩欣
【申請人】浙江農林大學
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年6月23日