本發(fā)明涉及一種低成本生物可降解的高分子復(fù)合材料，主要應(yīng)用在3D打印領(lǐng)域，特別是涉及一種低成本生物可降解3D打印耗材及其制備方法。

背景技術(shù)：

3D打印是一種快速成型技術(shù)，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或者塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方法來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D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。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、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、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

隨著3D打印技術(shù)的日益成熟，打印材料的發(fā)展越來越成為推動3D打印前進(jìn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的3D打印耗材方面，高分子材料與金屬運(yùn)用最為廣泛，其中，高分子復(fù)合材料以其易于加工、處理簡單、質(zhì)量相對輕便等方面的優(yōu)點(diǎn)，在材料應(yīng)用領(lǐng)域尤為突出。但是，隨著當(dāng)前社會環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)峻，許多對環(huán)境可能造成污染的材料都遭到了淘汰或者限制使用。在高分子材料中，聚乳酸（PLA）以其獨(dú)特的生物可降解性及環(huán)境友好性，獲得了極大地好評。PLA是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源所提取出的淀粉原料制成。淀粉原料經(jīng)由發(fā)酵過程制成乳酸，再通過化學(xué)合成轉(zhuǎn)換成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環(huán)境，是公認(rèn)的環(huán)境友好材料。

淀粉是一種天然高分子化合物，其來源廣泛，品種繁多，成本低廉，且能在各種自然環(huán)境下降解，不會造成任何污染。因此，PLA/淀粉共混材料制備而成的3D打印耗材可以作為一種完成生物可降解材料使用，并降低耗材成本。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有高分子材料制成的3D打印耗材大多數(shù)在環(huán)境中不可完全降解，對環(huán)境會產(chǎn)生污染。利用生物可降解材料聚乳酸（PLA）及淀粉熔融共混制備而成的3D打印耗材，不僅對環(huán)境友好，可完全降解，分解成二氧化碳和水，并且結(jié)合淀粉來源廣泛，成本低廉等特點(diǎn)，降低了耗材成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的研究目的在于解決3D打印耗材的研發(fā)問題，利用淀粉的廉價性及生物課降解性，結(jié)合PLA生物可降解性、環(huán)境友好性，利用單螺桿高溫?cái)D出機(jī)熔融共混工藝，采用3D打印生產(chǎn)線，制備一種低成本生物可降解的3D打印耗材。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

（1） 原料按重量份數(shù)計(jì)包括59份至79.9份的生物可降解樹脂、15份至35份的生物可降解填充物、1份至3份的潤滑劑、0.1份至1份的抗氧劑。

(2 ) 將所需要量的生物可降解樹脂、生物可降解填充物、潤滑劑、相容劑和抗氧劑攪拌混合均勻后得到混合料，其中：攪拌速度為800轉(zhuǎn)/分至2300轉(zhuǎn)/分，攪拌時間為15s至35s。

(3 )將混合料喂入單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行混煉和熔融，在混煉和熔融的過程中，一區(qū)的溫度為170℃至180℃，二區(qū)的溫度為175℃至185℃，三區(qū)的溫度為180℃至185℃，眼模的溫度為180℃至185℃，機(jī)夾的溫度為180℃至185℃，機(jī)頭的溫度為180℃至190℃。

（4）將經(jīng)過混煉熔融后經(jīng)過機(jī)頭擠出的料條通過冷卻水槽冷卻，其中，冷卻水的溫度為50℃至60℃。

（5）冷卻后的料條經(jīng)過牽引機(jī)、儲線架、測徑儀，通過調(diào)節(jié)喂料速度及牽引速度，調(diào)節(jié)線材直徑，其中，線材直徑為1.73mm至1.77mm。

（6）通過自動收卷機(jī)，將直徑調(diào)節(jié)合格的線材收卷成盤，其中每盤的線材重量為1000g至1030g。

（7）將收卷完成的耗材利用真空塑封機(jī)塑封，包裝完成。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明所述方法制備的低成本生物可降解3D打印耗材，主體使用材料為PLA與淀粉，其中PLA在環(huán)境中可完全降解，對環(huán)境無污染，淀粉價格低廉，且具有生物可降解性，在自然環(huán)境下可完全降解，不污染環(huán)境。利用淀粉填充PLA制成的3D打印耗材具備滿足FDM 3D打印所需耗材的力學(xué)性能和機(jī)械性能的要求，并且制件在廢棄以后可完全降解，對環(huán)境不會產(chǎn)生污染，具有極大的市場前景與發(fā)展?jié)摿Α?/p>

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所闡述的是一種低成本生物可降解3D打印耗材及其制備方法，以下通過具體實(shí)施例進(jìn)一步進(jìn)行說明，但本發(fā)明不僅限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例一

(1)按照以下組分配比配置實(shí)驗(yàn)材料：PLA 4032D 60份，玉米淀粉37份，潤滑劑白油2份，抗氧劑3114 0.5份，抗氧劑168 0.5份。

（2）將上述實(shí)驗(yàn)原料置于高速混合機(jī)中充分混合20s，得到混合均勻的實(shí)驗(yàn)料,轉(zhuǎn)速為1500r/min

（3）將上述混合均勻的實(shí)驗(yàn)料通過單螺桿高溫熔融擠出，其中擠出機(jī)的6段溫度依次為170℃、175℃、175℃、175℃、185℃、185℃。

（4）將經(jīng)過混煉熔融后經(jīng)過機(jī)頭擠出的料條通過冷卻水槽冷卻，其中，冷卻水的溫度為50℃。

（5）冷卻后的料條經(jīng)過牽引機(jī)、儲線架、測徑儀，通過調(diào)節(jié)喂料速度及牽引速度，調(diào)節(jié)線材直徑，控制線材直徑為1.75mm。螺桿轉(zhuǎn)速為11.5Hz,收卷速度為5.6Hz.

（6）通過自動收卷機(jī)，將直徑調(diào)節(jié)合格的線材收卷成盤，其中每盤的線材重量為1000g。

（7）將收卷完成的耗材利用真空塑封機(jī)塑封，包裝完成。

實(shí)施例二

(1)按照以下組分配比配置實(shí)驗(yàn)材料： PLA 2003D 70份，玉米淀粉28份，潤滑劑白油 1.5份，抗氧劑3114 0.25份，抗氧劑168 0.25份。

（2）將上述實(shí)驗(yàn)原料置于高速混合機(jī)中充分混合25s，得到混合均勻的實(shí)驗(yàn)料,轉(zhuǎn)速為1800r/min

（3）將上述混合均勻的實(shí)驗(yàn)料通過單螺桿高溫熔融擠出，其中擠出機(jī)的6段溫度依次為175℃、175℃、175℃、180℃、185℃、190℃。

（4）將經(jīng)過混煉熔融后經(jīng)過機(jī)頭擠出的料條通過冷卻水槽冷卻，其中，冷卻水的溫度為55℃。

（5）冷卻后的料條經(jīng)過牽引機(jī)、儲線架、測徑儀，通過調(diào)節(jié)喂料速度及牽引速度，調(diào)節(jié)線材直徑，控制線材直徑為1.75mm。螺桿轉(zhuǎn)速為12.6Hz,收卷速度為5.9Hz.

（6）通過自動收卷機(jī)，將直徑調(diào)節(jié)合格的線材收卷成盤，其中每盤的線材重量為1000g。

（7）將收卷完成的耗材利用真空塑封機(jī)塑封，包裝完成。