[发明专利]基于FDM的3D打印用低温尼龙材料及其制备方法

说明书

本发明公开了基于FDM的3D打印用低温尼龙材料及其制备方法。具体而言，本发明提供了一种基于FDM的3D打印低温尼龙材料，其以重量计包括以下组分：70份的第一低温尼龙树脂；30份的第二低温尼龙树脂；0.1‑0.3份的扩链剂；0.1‑0.3份的抗氧剂；和0.1‑0.3份的润滑剂。本发明还公开了基于FDM的3D打印用低温尼龙材料的制备方法。

技术领域

本发明总体上涉及3D打印技术领域。更具体而言，本发明涉及具有低温打印特性的基于FDM的3D打印低温尼龙材料，以及其制备方法。

背景技术

3D打印技术又称叠层制造技术，是快速成型领域的一种新兴技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属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。基本原理是叠层制造，逐层增加材料来生成三维实体的技术。目前，3D打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些传统依赖的精细加工工艺。另外，3D打印技术逐渐应用于医学、生物工程、建筑、服装、航空等领域，为创新开拓了广阔的空间。

基于FDM的3D(三维)打印技术的基本原理是分层制造、逐层叠加。把一个通过设计或者扫描等方式做好的3D模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一层一层的打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型，类似于高等数学中的积分。

目前市场上FDM技术较常用的聚合物材料是丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚乳酸(PLA)、尼龙(PA)和聚碳酸酯(PC)。其中尼龙是目前用量最大的打印原材料。尼龙(PA)作为工程塑料中最大最重要的品种，具有很强的生命力，主要在于它改性后实现高性能化，其次是汽车、电器、电讯、电子、机械等产业自身对产品高性能的要求越来越强烈，相关产业飞速发展，促进了工程塑料高性能化的进程，使其扮演着越来越重要的角色。随着国内汽车电气电子等工业的蓬勃发展，人们对材料的要求越来越高，改性工程塑料的需求将大幅上升。

FDM(FusedDepositionModeling)工艺是熔融沉积制造(或熔融挤压堆积成型)工艺，由美国学者ScottCrump于1988年研制成功，是适用于三维打印机的其中一种3D打印工艺。FDM的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等，以丝状供料，供料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。

FDM技术的优点在于：(1)由于热融挤压头系统构造原理和操作简单，维护成本低，系统运行安全；(2)成型速度慢，用熔融沉积方法生产出来的产品，不需要SLA中的刮板再加工这一道工序；(3)用蜡成型的零件原型，可以直接用于熔模铸造；(4)可以成型任意复杂程度的零件，常用于成型具有很复杂的内腔、孔等零件；(5)原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。(6)原材料利用率高，且材料寿命长。

一种适用于3D打印的材料是ABS材料。ABS塑料是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体的三元共聚物，三种单体相对含量可任意变化，制成各种树脂。初步试验表明，ABS塑料可适用作3D打印材料。ABS材料的生产方法主要有乳液接枝法、乳液接枝-掺混法、连续本体法、本体-悬浮法、乳液接枝-悬浮法、乳液接枝-连续本体法等，其中各种生产方法都有其优缺点，其中最有竞争力的方法为乳液接枝-本体SAN掺混法和连续本体法虽然具有工艺流程简单、投资较小、污染少的优势，但是制备的ABS材料无法达到较高的光泽并且材料的机械性能，如抗弯强度等较差。而且，ABS塑料适用于底板有加热装置的打印设备，可打印对打印强度要求较强以及需要后续加工处理的模型，例如，染色，打磨，电镀等，适合打小型的零配件等。

另外一种适用于3D打印的材料是尼龙材料。由于目前3D打印技术的局限性，当普通尼龙材料用于3D打印时，打印操作的温度典型地在大约250～290℃的范围内。由于市场上大部分3D打印机的机头能够耐受的加热温度最高为270℃且不能长时间在高温下3D打印，而且普通尼龙在打印过程中容易出现的翘边、翘曲问题，因此，限制了其在3D打印技术中的使用，从而在应用于3D打印时不利于3D打印技术的推广和应用。