[发明专利]一种3D打印用料、其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种3D打印用料、其制备方法和用途，所述3D打印用料为线状，按体积百分含量，包括16～82％的非金属材料、17.9～83％的第一粘结剂和第二粘结剂0.1～1％；其通过将非金属材料预处理后与第一粘结剂混合，挤出得到；所述3D打印用料由于非金属材料的固含量显著提升，其得到的3D打印产品高温烧结尺寸收缩小且变异少，产品良率提升；避免了对原料的浪费，可以通过控制不同线径以及控制加热温度来控制产品表面的精度，提高产品的质量；另外，所述3D打印用料可通过简单的热电偶进行加热熔融，减少了能耗，降低了生产成本，可快速打印制作复杂的产品，缩短开发流程，实现量产普及化。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，涉及一种3D打印用料、其制备方法和用途。

背景技术

3D打印(3D printing)技术又称三维打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。诸如灯罩、身体器官、珠宝、根据球员脚型定制的足球靴、赛车零件、固态电池以及为个人定制的手机、小提琴等产品都可以用该技术制造出来。

3D打印技术实际上是一系列快速原型成型技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件。目前市场上的快速成型技术分为3DP技术、SLA(全称Service-Level Agreement)立体光固化技术、SLS(全称Selective Laser Sintering)选择性激光烧结技术、DMLS(全称Direct Metal Laser-Sintering)直接金属激光烧结技术及FDM(全称Fused Deposition Modeling)熔融层积成型技术等。

3D打印技术最早应用在塑料材料上。FDM熔融层积成型技术是目前主要方式，它是将热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度(即分层厚度)继续成型，直至形成整个实体造型。其成型材料种类多，成型件精度较高、价格便宜，主要适用于成型小塑料件。然而这种方式产生的塑料产品强度低并不能满足客户的要求。为了增加产品的强度，改善产品的性能，DMLS技术采用合金粉体材料为原料，利用金属经聚焦后之能量激光将原料熔融后进行3D打印迭层。其具有高精度、高强度，速度快，成品表面光滑等特点，一般应用于航空航天以及工业用配件制造行业，可用于高阶模具设计等。但激光烧结设备复杂，制备过程能耗高，综合考虑产品分辨率、设备费用、产品外观要求及量产能力等因素，目前仍无法大量普及应用且不适合高熔点的非金属材料使用。所以目前非金属材料的3D打印方式一般是使用SLA(全称Service-Level Agreement)立体光固化技术来满足目前工业的需求，此工艺需要经过成型、脱脂、烧结等制程。而且使用浆料状态故其产品的烧结收缩率偏大，热变形也大。

CN106270510A中公开了一种利用塑料3D打印机打印制造金属/合金零件的方法，该方法包括烧结原材料前处理、原材料包覆、粉末还原、3D打印、脱脂、烧结等步骤。CN106426916A中公开了一种3D打印方法，包括：混合粉末状待加工材料及粉末状尼龙材料；采用选择性激光烧结技术熔化所述尼龙材料以粘结所述待加工材料形成生坯；加热所述生坯进行热脱脂以使所述尼龙材料挥发；加热所述生坯至所述待加工材料的烧结温度以对所述生坯进行烧结；将所述生坯的环境温度降至室温以得到致密零件。上述两种方法虽然都将粉末注塑成型和3D打印技术相结合，但是其喂料模式均为粉状或颗粒状，主要存在以下缺点：使用粉状或颗粒状的原料进行3D打印时，需要将原料由下至上逐层在全区铺展涂布，大大增加了喂料量，造成了材料的浪费。在熔融过程中由于热区过大，材料之间易熔融交联，使用激光加热熔解结合时，因高分子材料的熔点低而易造成周边材料也被加热熔融，进而影响其产品精度及外观。同时粉体状或颗粒状喂料的形态不规则，因此无法进行有效均匀的涂布，易造成产品表面厚度不均。