用于制備三維打印快速成型的軟性打印材料的熱塑性彈性體組合物的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于制備三維打印快速成型的軟性打印材料的熱塑性彈性體組合物，按重量百分比包括以下組分：熱塑性彈性體16.8%～90.0%，聚烯烴1.0%～49.8%，軟化劑0～44.0%，潤滑劑0.1%～1.3%，抗氧劑0.2%～0.3%。所述熱塑性彈性體組合物的硬度為肖氏硬度50A～90A，所制備的軟性打印材料硬度低，具有杰出的柔軟性和韌性，以及出色的手感，特別適合于特殊工業(yè)設(shè)計(jì)和消費(fèi)應(yīng)用領(lǐng)域，例如制作玩具、首飾和手模等。
【專利說明】用于制備三維打印快速成型的軟性打印材料的熱塑性彈性體組合物
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱塑性彈性體組合物領(lǐng)域，具體涉及一種用于制備三維打印快速成型的軟性打印材料的熱塑性彈性體組合物。本發(fā)明還涉及利用該熱塑性彈性體組合物制備軟性打印材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三維打印(3DP)是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用金屬、陶瓷或高分子材料等材料，以粉末、液體或絲狀等起始形狀，通過不同的打印手段，以逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。
[0003]三維打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、玩具、建筑、工程和施工、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以等領(lǐng)域來生產(chǎn)零部件或直接制造產(chǎn)品。
[0004]從技術(shù)角度來看，目前已有十余種不同的三維打印快速成型方法，如立體光固化成型法(SLA)、選擇性激光燒結(jié)法(SLS)、熔融沉積快速成型法(FDM)、分層實(shí)體制造成型法(L0M)、掩模固化法(SGC)等，其中最主要的是以下三種方法:
[0005](1)立體光固化成型法(SLA)
[0006]自1984年的第一臺(tái)快速成形設(shè)備即采用了光固化立體成型的工藝?，F(xiàn)在的快速成型設(shè)備中，以立體光固化成型法的研究最為深入，運(yùn)用也最為廣泛。該技術(shù)以光敏樹脂的聚合反應(yīng)為基礎(chǔ)。在計(jì)算機(jī)控制下的紫外線，沿著零件各分層截面輪廓，對(duì)液態(tài)樹脂進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，使被掃描的樹脂薄層產(chǎn)生聚合反應(yīng)，由點(diǎn)逐漸形成線，最終形成零件的一個(gè)薄層的固化截面，而未被掃描到的樹脂保持原來的液態(tài)。當(dāng)一層固化完畢，升降工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)層片厚度的距離，在上一層已經(jīng)固化的樹脂表面再覆蓋一層新的液態(tài)樹脂，用以進(jìn)行再一次的掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此循環(huán)往復(fù)，直到整個(gè)零件原型制造完畢。
[0007](2 )選擇性激光燒結(jié)法(SLS )
[0008]這種工藝以激光器為能量源，通過激光束使塑料、蠟、陶瓷、金屬或其復(fù)合物的粉末均勻地?zé)Y(jié)在加工平面上。在工作臺(tái)上均勻鋪上一層很薄(亞毫米級(jí))的粉未作為原料，激光束在計(jì)算機(jī)的控制下，通過掃描器以一定的速度和能量密度按分層面的二維數(shù)據(jù)掃描。經(jīng)過激光束掃描后，相應(yīng)位置的粉末就燒結(jié)成一定厚度的實(shí)體片層，未掃描的地方仍然保持松散的粉末狀。這一層掃描完畢，隨后需要對(duì)下一層進(jìn)行掃描。先根據(jù)物體截層厚度而升降工作臺(tái)，鋪粉滾筒再次將粉末鋪平，可以開始新一層的掃描。如此反復(fù)，直至掃描完所有層面。去掉多余粉末，并經(jīng)過打磨、烘干等適當(dāng)?shù)暮筇幚恚纯色@得零件。目前應(yīng)用此工藝時(shí)，以蠟粉末及塑料粉末作為原料較多，而用金屬粉或陶瓷粉進(jìn)行粘接或燒結(jié)的工藝尚未獲得實(shí)用。[0009](3)熔融沉積快速成型法(FDM)
[0010]1993年美國Stratasys公司開發(fā)出了第一臺(tái)基于熔融沉積快速成型的設(shè)備。將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)模型分為一層層極薄的截面，生成控制熔融沉積成型噴嘴移動(dòng)軌跡的二維幾何信息。熔融沉積成型的加熱頭(打印頭)把熱塑性高分子材料，例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚乳酸(PLA)樹脂、聚碳酸酯(PC)、尼龍(Nylon)塑料等，加熱到臨界狀態(tài)，呈現(xiàn)半流體性質(zhì)，在計(jì)算機(jī)控制下，沿計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)確定的二維幾何信息運(yùn)動(dòng)軌跡，噴頭將半流動(dòng)狀態(tài)的材料擠壓出來，凝固形成輪廓形狀的薄層。當(dāng)一層完畢后，通過垂直升降系統(tǒng)降下新形成層，進(jìn)行固化。這樣層層堆積粘結(jié)，自下而上形成一個(gè)零件的三維實(shí)體。熔融沉積成型工藝的關(guān)鍵是保持材料的半流動(dòng)性。這些材料并沒有固定的熔點(diǎn)，需要精確控制其溫度。
[0011]本發(fā)明主要涉及用于熔融沉積快速成型法的熱塑性高分子材料。對(duì)于熔融沉積快速成型法的成型材料，現(xiàn)在市場上普遍以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚乳酸(PLA)硬質(zhì)塑料為主流，也有部分使用聚碳酸酯(PC)和尼龍(Nylon)等其他硬質(zhì)材料。這些材料成型出來的產(chǎn)品或部件的硬度一般是在洛氏硬度(Rockwell，簡稱R) 100~120范圍，具有較強(qiáng)的剛性，結(jié)構(gòu)挺實(shí)，應(yīng)用范圍也因此受到局限，難以用于某些特別設(shè)計(jì)，例如履帶和裝飾鏈條等。由于這些成型材料硬度高，缺乏柔軟的手感，并容易因其棱角對(duì)人體造成傷害，難以用于玩具、裝飾品和手模等其他產(chǎn)品領(lǐng)域。此外，做成絲狀的此類打印材料，在三維打印供絲過程中，因其剛性過強(qiáng)，沒有延展性，容易折彎后不能恢復(fù)或發(fā)生斷裂，造成打印不順暢，影響制作的連續(xù)性。
[0012]因此，有必要開發(fā)一種普遍適用于熔融沉積快速打印的軟性打印材料，使熔融沉積快速成型法能夠用于更廣泛的領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種用于制備三維打印熔融沉積快速成型的軟性打印材料的熱塑性彈性體組合物，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，該熱塑性彈性體組合物制備的軟性打印材料具有很低的硬度，杰出的柔軟性和韌性，以及出色的手感，大大拓展了三維打印的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是特殊工業(yè)設(shè)計(jì)和消費(fèi)應(yīng)用領(lǐng)域，例如玩具、首飾和手模等。
[0014]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0015]一種用于制備三維打印熔融沉積快速成型的軟性打印材料的熱塑性彈性體組合物，按重量百分比包括以下組分:
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備三維打印熔融沉積快速成型的軟性打印材料的熱塑性彈性體組合物，其特征在于，所述熱塑性彈性體組合物的硬度為肖氏硬度50A~90A，按重量百分比包括以下組分: _
2.如權(quán)利要求1所述的熱塑性彈性體組合物，其中所述熱塑性彈性體選自苯乙烯類熱塑性彈性體、聚烯烴類熱塑性彈性體、熱塑性動(dòng)態(tài)硫化橡膠、熱塑性聚氨酯彈性體中的一種或多種；所述聚烯烴選自聚丙烯、聚乙烯或其他烯烴類低聚物的一種或多種；所述軟化劑選自白礦油、石蠟油、有機(jī)硅油、蓖麻油、棕櫚油、環(huán)氧大豆油的一種或多種；所述潤滑劑選自烴類、脂肪酸類、 脂肪酸酰胺類、酯類、醇類、金屬皂類或復(fù)合潤滑劑的一種或多種；所述抗氧劑選自受阻酚類、受阻胺類、亞磷酸酯類、硫醇類或復(fù)合抗氧劑的一種或多種。
3.如權(quán)利要求2所述的熱塑性彈性體組合物，其中所述苯乙烯類熱塑性彈性體選自苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一種或多種；其中所述聚烯烴類熱塑性彈性體選自茂金屬催化劑催化的乙烯和丁烯的高聚物或乙烯和辛烯的高聚物、聚烯烴嵌段聚合物、聚烯烴接枝共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物的一種或多種；其中所述熱塑性動(dòng)態(tài)硫化橡膠動(dòng)態(tài)硫化三元乙丙橡膠、動(dòng)態(tài)硫化丁腈橡膠、動(dòng)態(tài)硫化天然橡膠、動(dòng)態(tài)硫化丙烯酸酯橡膠；其中所述熱塑性聚氨酯彈性體選自聚醚型聚氨酯、聚酯型聚氨酯、聚己內(nèi)酯聚氨酯和脂肪族聚氨酯的一種或多種。
4.如權(quán)利要求1所述的熱塑性彈性體組合物，進(jìn)一步包括其他添加劑，所述添加劑選自顏料、香料、粘合促進(jìn)劑、殺生物劑、抗霧化劑、抗靜電劑、粘合劑、發(fā)泡劑、分散劑、填充劑、相容劑、消煙劑、抗沖改性劑、引發(fā)劑、云母、加工助劑、脫模劑、隔離劑、穩(wěn)定劑、紫外光吸收劑、粘度調(diào)節(jié)劑的一種或多種。
5.如權(quán)利要求1所述的熱塑性彈性體組合物，按重量百分比包括以下組分:
6.如權(quán)利要求1所述的熱塑性彈性體組合物，按重量百分比包括以下組分:

7.如權(quán)利要求4所述的熱塑性彈性體組合物，按重量百分比包括以下組分:
8.如權(quán)利要求4所述的熱塑性彈性體組合物，按重量百分比包括以下組分:
9.權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的熱塑性彈性體組合物在用于制備三維打印熔融沉積快速成型的軟性打印材料中的用途。
10.如權(quán)利要求1所述的熱塑性彈性體組合物，其中所述熱塑性彈性體組合物可以制備絲條、顆粒、粉狀或塊狀的軟性打印材料。
【文檔編號(hào)】C08L51/06GK103756236SQ201410005541
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】朱葉周 申請(qǐng)人:朱葉周