本發(fā)明屬于3D打印材料制造
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及了一種適用于3D打印的磁性輕質(zhì)可降解材料的制備方法。技術(shù)背景3D打印技術(shù)又稱為快速成型技術(shù)，該技術(shù)不需要傳統(tǒng)的刀具﹑夾具和機(jī)床，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，使用金屬粉末或塑料等具有粘合性的材料逐層打印來制造任意形狀物品的技術(shù)。3D打印機(jī)可以制造的領(lǐng)域廣泛，包括飛行器﹑武器，建筑模型﹑人體器官以及兒童玩具等。然而，3D打印技術(shù)的發(fā)展在很大程度上受限于3D打印材料的開發(fā)。因此開發(fā)更為多樣多功能的3D打印材料成為未來研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)與關(guān)鍵。本發(fā)明的3D打印材料是一種新材料，兼具磁性金屬與塑料的性能，與傳統(tǒng)的磁性材料相比具有質(zhì)量輕、韌性好以及可降解的優(yōu)點(diǎn)，為3D桌面打印提供了更多的材料素材。熔融擠壓堆積成型(FDM)技術(shù)是3D打印常用的一種技術(shù)，此技術(shù)利用熱塑性聚合物在熔融狀態(tài)下，從打印噴頭擠出，然后凝固成輪廓薄層，再一層一層的疊加而成。雖然光固化技術(shù)也可用于包含塑料的相關(guān)材料的成型，但是其成本高、工藝較為復(fù)雜，而且不能打印深色材料；因而目前FDM是應(yīng)用最為廣泛、價格最低的成型技術(shù)，本發(fā)明所制備的3D打印磁性輕質(zhì)絲材可以廣泛應(yīng)用于FDM工藝。目前，市場上應(yīng)用復(fù)合材料來制備絲材的技術(shù)仍然較少，這主要是因?yàn)樽鳛檠a(bǔ)強(qiáng)劑的纖維或者無機(jī)填料由于尺寸較大和熔體的粘度變大容易造成FDM型3D打印機(jī)噴絲口的堵塞以及絲材表面的粗糙和缺陷。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決
背景技術(shù)：
：中存在的問題，本發(fā)明提出了一種適用于3D打印的磁性輕質(zhì)可降解材料的制備方法，使得打印出來的物品不但具有良好的力學(xué)性能和表觀性能而且具有磁性，以滿足各種3D打印需求。本發(fā)明采用環(huán)氧大豆油包覆納米片狀材料，利用納米潤滑機(jī)理，極大地降低了材料的堵絲幾率，降低打印絲材的表面缺陷的可能性。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包含以下步驟：步驟一：將磁性納米片材加入到環(huán)氧大豆油中進(jìn)行混合，在40℃氮?dú)鈿夥障?，通過磁力攪拌和超聲分散形成均勻的磁性納米體漿液，磁性納米片材和環(huán)氧大豆油按照質(zhì)量比為1:2的比例，磁性納米片材主要是由納米鎳和納米鐵氧體以質(zhì)量比1:1組成；加入環(huán)氧大豆油采用的特定比例能夠防止納米鎳和納米鐵氧體的分散和氧化。步驟二：將磁性納米體漿液、聚乳酸、聚氨酯彈性體橡膠、環(huán)氧大豆油丙烯酸酯和硬脂酸按照比例放入三維混料機(jī)中進(jìn)行初混合，通過螺桿擠出機(jī)擠出成絲制備輕質(zhì)磁性絲材，獲得產(chǎn)物作為本發(fā)明所述的磁性輕質(zhì)可降解材料。所述聚乳酸選用Naturework的PLA系列，所述聚氨酯彈性體橡膠選用德國拜耳DP3491A。所述步驟二中，磁性納米體漿液的質(zhì)量為總配方質(zhì)量的2～5％。所述步驟二中，聚乳酸的質(zhì)量為總配方質(zhì)量的80～85％。所述步驟二中，聚氨酯彈性體橡膠用于體系的增韌，含量為總配方質(zhì)量的5～10％。所述步驟二中，環(huán)氧大豆油丙烯酸酯的質(zhì)量為總配方質(zhì)量的5～8％，硬脂酸比例為2～5％。通過所述步驟二中螺桿擠出機(jī)擠出成絲是在180～200℃溫度和螺桿轉(zhuǎn)速為75～90r/min的工藝條件下進(jìn)行，從而使得環(huán)氧大豆油丙烯酸酯在磁性納米體漿液中的磁性納米片材上形成包衣和界面過渡層。具體實(shí)施制備獲得本發(fā)明材料后按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析測試后，放入FDM型3D打印機(jī)中進(jìn)行打印?，F(xiàn)有的市面上的磁性3D打印材料僅適用于3D打印技術(shù)中更高級的激光燒結(jié)工藝，該技術(shù)的成本較高，且對打印技術(shù)要求更高，而不能適用于FDM熔融擠壓技術(shù)。而本發(fā)明制備的3D打印材料能夠適用于成本更低、技術(shù)要求更低的FDM熔融擠壓技術(shù)，且解決了類似材料在打印過程中容易堵絲的問題。本發(fā)明選用層狀納米材料作為填料，在尺寸上遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于噴絲口的尺寸，此外層狀納米材料在3D打印的成型過程中，還可起到潤滑作用，減小堵絲現(xiàn)象的發(fā)生。本發(fā)明將環(huán)氧大豆油丙烯酸酯被有效地引入材料制備過程中，用于減小層狀納米材料的團(tuán)聚并增強(qiáng)其界面強(qiáng)度。本發(fā)明采用聚乳酸(PLA)作為基體材料，主要是由于聚乳酸具有無毒﹑無味﹑熱穩(wěn)定性好，易加工，透明易染色等優(yōu)點(diǎn)都符合3D打印技術(shù)對聚合物材料的要求，且聚乳酸原料可降解，是公認(rèn)的環(huán)境友好材料。然而，聚乳酸脆性較強(qiáng)，本發(fā)明中加入聚氨酯彈性體橡膠進(jìn)行增韌，以制備強(qiáng)度優(yōu)良的3D打印材料。本發(fā)明通過選擇合適的可降解高分子材料，對添加的磁性納米片狀材料進(jìn)行預(yù)反應(yīng)提高其與高分子材料的界面結(jié)合能力，混合料用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行反應(yīng)型擠出﹑拉絲﹑繞盤，獲得力學(xué)性能和熱性能優(yōu)良的可降解3D打印材料。通過該方法制備的磁性輕質(zhì)可降解材料比金屬氧化物磁性材料的重量僅僅為傳統(tǒng)鐵氧體磁性材料的30％左右，其拉伸強(qiáng)度大于40MPa，斷裂伸長率達(dá)到20～30％；沖擊強(qiáng)度大于30KJ/m2；達(dá)到3D打印材料的力學(xué)性能要求；其磁感矯頑力120～150kA/m；剩磁0.168～0.281T；最大磁積能9～13KJ/m3；是良好的磁性材料，能夠滿足3D打印設(shè)計(jì)的磁性材料的要求，尤其是適用于FDM熔融擠壓技術(shù)的要求。本發(fā)明的有益效果是：(1)本發(fā)明使用常用的聚乳酸，可在環(huán)境中自然降解，為環(huán)境友好性材料。(2)本發(fā)明制成的3D打印材料具有很好的韌性和沖擊強(qiáng)度，通過3D打印技術(shù)打印出來的產(chǎn)品外觀優(yōu)質(zhì)、沖擊強(qiáng)度高、拉升強(qiáng)度好。(3)本發(fā)明使用磁性納米體漿液與聚乳酸混合制成磁性材料，使制品具有磁性，可運(yùn)用在打印磁性工具和玩具等多種領(lǐng)域。(4)本發(fā)明能夠適用于成本更低、技術(shù)要求更低的FDM熔融擠壓技術(shù)。具體實(shí)施方式以下通過具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于一下實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明的實(shí)施例如下：以下的實(shí)施例所采用的磁性納米體漿液采用以下方式制成：將主要是由納米鎳和納米鐵氧體以質(zhì)量比1:1組成的磁性納米片材按照質(zhì)量比1:2加入到環(huán)氧大豆油中進(jìn)行混合，在40℃氮?dú)鈿夥障?，通過磁力攪拌和超聲分散形成均勻的磁性納米體漿液，備用。實(shí)施例1其組分按重量份計(jì)為：具體實(shí)施步驟如下，步驟1：將聚乳酸在50度下干燥8小時，聚氨酯彈性體在80℃下干燥8小時。步驟2:將混料機(jī)將聚乳酸、聚氨酯彈性體橡膠、磁性納米體漿液、環(huán)氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三維混料機(jī)中進(jìn)行初混合。步驟3：將初混合后的料加入雙螺桿擠出機(jī)的料斗中，在185℃以及轉(zhuǎn)速為90r/min的條件下擠出直徑為1.75mm的絲材。步驟4：將上述絲材放入FDM型3D打印機(jī)中進(jìn)行打印。將上述材料進(jìn)行性能檢測，結(jié)果如下：檢測項(xiàng)目執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值密度(g/cm3)GB4472-842.38拉伸強(qiáng)度(MPa)GB/T1040-9243斷裂伸長率(％)GB/T1040-9230沖擊強(qiáng)度(KJ/m2)GB/T1843-200838磁感矯頑力(kA/m)GB11209-1989120剩磁(T)GB11209-19890.168最大磁積能(KJ/m3)GB11209-1989960天降解率(％)GB/T29646-201330.3實(shí)施例2其組分按重量份計(jì)為：具體實(shí)施步驟如下，步驟1：將聚乳酸在50度下干燥8小時，聚氨酯彈性體在80℃下干燥8小時。步驟2:將混料機(jī)將聚乳酸、聚氨酯彈性體橡膠、磁性納米體漿液、環(huán)氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三維混料機(jī)中進(jìn)行初混合。步驟3：將初混合后的料加入雙螺桿擠出機(jī)的料斗中，在200℃以及轉(zhuǎn)速為90r/min的條件下擠出直徑為1.75mm的絲材。步驟4：將上述絲材放入FDM型3D打印機(jī)中進(jìn)行打印。將上述材料進(jìn)行性能檢測，結(jié)果如下：將材料進(jìn)行性能檢測，結(jié)果如下：檢測項(xiàng)目執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值密度(g/cm3)GB4472-843.58拉伸強(qiáng)度(MPa)GB/T1040-9242斷裂伸長率(％)GB/T1040-9220沖擊強(qiáng)度(KJ/m2)GB/T1843-200831磁感矯頑力(kA/m)GB11209-1989150剩磁(T)GB11209-19890.281最大磁積能(KJ/m3)GB11209-19891360天降解率(％)GB/T29646-201331.4實(shí)施例3其組分按重量份計(jì)為：具體實(shí)施步驟如下，步驟1：將聚乳酸在50度下干燥8小時，聚氨酯彈性體在80℃下干燥8小時。步驟2:將混料機(jī)將聚乳酸、聚氨酯彈性體橡膠、磁性納米體漿液、環(huán)氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三維混料機(jī)中進(jìn)行初混合。步驟3：將初混合后的料加入雙螺桿擠出機(jī)的料斗中，在190℃以及轉(zhuǎn)速為85r/min的條件下擠出直徑為1.75mm的絲材。步驟4：將上述絲材放入FDM型3D打印機(jī)中進(jìn)行打印。將上述材料進(jìn)行性能檢測，結(jié)果如下：實(shí)施例4其組分按重量份計(jì)為：具體實(shí)施步驟如下，步驟1：將聚乳酸在50度下干燥8小時，聚氨酯彈性體在80℃下干燥8小時。步驟2:將混料機(jī)將聚乳酸、聚氨酯彈性體橡膠、磁性納米體漿液、環(huán)氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三維混料機(jī)中進(jìn)行初混合。步驟3：將初混合后的料加入雙螺桿擠出機(jī)的料斗中，在180℃以及轉(zhuǎn)速為75r/min的條件下擠出直徑為1.75mm的絲材。步驟4：將上述絲材放入FDM型3D打印機(jī)中進(jìn)行打印。將上述材料進(jìn)行性能檢測，結(jié)果如下：檢測項(xiàng)目執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值密度(g/cm3)GB4472-843.18拉伸強(qiáng)度(MPa)GB/T1040-9242斷裂伸長率(％)GB/T1040-9221沖擊強(qiáng)度(KJ/m2)GB/T1843-200830磁感矯頑力(kA/m)GB11209-1989126剩磁(T)GB11209-19890.183最大磁積能(KJ/m3)GB11209-19891160天降解率(％)GB/T29646-201334.2實(shí)施例5其組分按重量份計(jì)為：具體實(shí)施步驟如下，步驟1：將聚乳酸在50度下干燥8小時，聚氨酯彈性體在80℃下干燥8小時。步驟2:將混料機(jī)將聚乳酸、聚氨酯彈性體橡膠、磁性納米體漿液、環(huán)氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三維混料機(jī)中進(jìn)行初混合。步驟3：將初混合后的料加入雙螺桿擠出機(jī)的料斗中，在190℃以及轉(zhuǎn)速為75r/min的條件下擠出直徑為1.75mm的絲材。步驟4：將上述絲材放入FDM型3D打印機(jī)中進(jìn)行打印。將上述材料進(jìn)行性能檢測，結(jié)果如下：檢測項(xiàng)目執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值密度(g/cm3)GB4472-842.68拉伸強(qiáng)度(MPa)GB/T1040-9247斷裂伸長率(％)GB/T1040-9228沖擊強(qiáng)度(KJ/m2)GB/T1843-200836磁感矯頑力(kA/m)GB11209-1989122剩磁(T)GB11209-19890.170最大磁積能(KJ/m3)GB11209-19891060天降解率(％)GB/T29646-201330.9實(shí)施例6其組分按重量份計(jì)為：具體實(shí)施步驟如下，步驟1：將聚乳酸在50度下干燥8小時，聚氨酯彈性體在80℃下干燥8小時。步驟2:將混料機(jī)將聚乳酸、聚氨酯彈性體橡膠、磁性納米體漿液、環(huán)氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三維混料機(jī)中進(jìn)行初混合。步驟3：將初混合后的料加入雙螺桿擠出機(jī)的料斗中，在185℃以及轉(zhuǎn)速為85r/min的條件下擠出直徑為1.75mm的絲材。步驟4：將上述絲材放入FDM型3D打印機(jī)中進(jìn)行打印。將上述材料進(jìn)行性能檢測，結(jié)果如下：檢測項(xiàng)目執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值密度(g/cm3)GB4472-843.24拉伸強(qiáng)度(MPa)GB/T1040-9247斷裂伸長率(％)GB/T1040-9229沖擊強(qiáng)度(KJ/m2)GB/T1843-200837磁感矯頑力(kA/m)GB11209-1989134剩磁(T)GB11209-19890.248最大磁積能(KJ/m3)GB11209-19891260天降解率(％)GB/T29646-201332由上述實(shí)施例可見，本發(fā)明通過選擇合適的可降解高分子材料，對添加的磁性納米片狀材料進(jìn)行預(yù)反應(yīng)提高其與高分子材料的界面結(jié)合能力，進(jìn)而獲得力學(xué)性能和熱性能優(yōu)良的可降解3D打印材料。通過該方法制備的磁性輕質(zhì)可降解材料與金屬氧化物磁性材料相比重量輕且柔性好，是良好的磁性材料，能滿足FDM熔融擠壓技術(shù)的3D打印要求。當(dāng)前第1頁1 2 3