[发明专利]一种用于3D打印的聚乳酸组合物及其应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印材料技术领域，具体涉及一种用于3D打印的聚乳酸组合物。

背景技术

3D打印(3D printing)，也称增材制造(additive manufacturing，AM)或快速成型技术(rapid prototyping，RP)，起源于20世纪70年代末至80年代初。其关键的技术优势是采用数字化手段快速制造不同材质的复杂结构制品，相较于传统成型制造技术，3D打印不需要模具，工艺过程节能节材，适合个性化定制，可应用于一些高精尖的先进制造领域。我国和一些主要发达国家已把3D打印技术作为工业4.0革命的核心技术之一，发展前景十分广阔。

熔融沉积成型(FDM)是3D打印技术中常用的方法之一，该方法以热塑性丝材为原料，通过将其挤压成半熔融状态的细丝，逐层叠加打印出成型件。FDM技术常用的材料有PLA、ABS、PVA等。其中，由于聚乳酸(PLA)材料是一种新型的全生物降解材料，具有可再生性，其原材料乳酸来源广泛，可通过玉米、淀粉等农产品发酵获得，使用后能被自然界中的微生物完全降解生成水和二氧化碳，是公认的环境友好型材料，从而具有最广阔的应用前景。因此当采用PLA制造3D打印丝材时，使用的其他聚合物成分也应该是全生物降解的，以保证最终产品的全生物降解特点。

PLA强度高，生物相容性好，相比于ABS，PLA材料环保、气味低，适合室内使用，同时较低的收缩率也使得在打印大尺寸模型时，即使不加热热床也不会发生翘边现象。但是PLA也存在诸如韧性差、熔体强度低等缺点，导致成型困难。未经改性的PLA丝材在打印过程中喷头处会因熔体强度下降产生漏料现象，粘在成型件上形成毛边，严重影响打印制件的表面质量，极大限制了其应用。

通过对现有技术检索发现，专利CN201510069937.9公布了一种3D打印PLA耗材及其制备方法，仅仅在PLA原料中加入少量的助剂制备得到的PLA耗材，该耗材脆性较大，在3D打印时往往会出现拉丝，漏料等现象，且得到的制品脆性大，表面粗糙。专利CN201010555337.0公开了一种聚乳酸/聚碳酸酯合金材料及其制备方法及其应用，通过调节两种组分之间的共混比例来实现共混物力学性能上的平衡。但是聚乳酸与聚碳酸酯两者相容性较差，机械共混时相分离的程度不易控制，打印时熔体出料难以稳定，可能导致制品形变大、表面粗糙。发明专利CN201410802197.0公开了一种增韧聚乳酸及其制备方法，通过将高分子量的聚酯弹性体与聚乳酸机械共混的方式来改善聚乳酸的韧性，同时防止增韧相的表面迁移，然而高分子量的聚酯弹性体与聚乳酸的相容性较差，在3D打印时同样存在熔体出料不稳定的现象。发明专利CN201410639586.6公开了一种3D打印机用改性PLA材料的制备工艺，通过加入聚丙烯酸酯等来提高PLA耗材的韧性，但聚丙烯酸酯是非生物降解的，从而破坏了共混物的全生物降解特性。

综上所述，通过对现有技术的检索发现，现有的PLA组合物存在如下方面的不足：1)脆性大，通过传统的共混手段对其进行改性，相容性差，制品稳定性不佳，实际应用难；2)吸湿性大，PLA主链的酯键结构，使皮层的PLA容易吸潮降解，在打印过程中出现拉丝、漏料等现象，得到的制品较脆、尺寸稳定性及力学性能均较差；3)较多的改性方法引入了非生物降解的组分，导致制品本身非全生物降解。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种用于3D打印的聚乳酸组合物及其应用方法。该产品制备过程简单，所得的聚乳酸丝材的韧性好、直径误差范围小，用于3D打印时有效减少了拉丝现象，不堵料，所得制品的收缩率低、不翘边、不开裂、冷却快、外观好，同时丝材的有机材料均为生物降解型的材料，废弃后可完全生物降解，绿色环保。

为解决技术问题，本发明的解决方案是通过以下技术方案来实现的：

提供一种用于3D打印的聚乳酸组合物，包括以下重量份的组分：聚乳酸100份，聚乳酸基嵌段共聚物1～100份，扩链剂0.05～8份，润滑剂0.1～8份，抗氧剂0.1～5份，填料1～30份；所述聚乳酸基嵌段共聚物是聚乳酸-聚碳酸酯嵌段共聚物或聚乳酸-聚酯嵌段共聚物中的至少一种。