[发明专利]3D打印材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种3D打印材料及其制备方法和应用，该打印材料包括若干改性短切纤维和至少包含热塑性树脂的组分，其中，任意所述改性短切纤维的端面均接枝有活性基团，并且任意所述改性短切纤维除端面之外的其余部分均包覆有惰性树脂，所述惰性树脂与所述活性基团不发生反应。本发明的打印材料将改性短切纤维即增强项片段的反应连接的概念带入到连续纤维增强热塑材料中去，不仅能够实现连续纤维在3D打印中的优势，而且在保持此优势基础上，还能够实现镂空结构或空间立体结构的打印成型。

技术领域

本发明涉及3D成型技术领域，特别涉及一种3D打印材料及其制备方法和应用。

背景技术

3D打印又被称为增材制造是根据预先设计的立体模型，通过打印设备逐层添加材料制造三维物体的技术。该技术综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等领域的前沿技术，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。热塑性树脂的打印技术是主要的组成部分，特别是连续纤维增强的打印技术更是以优异的力学、较高的承载能力显示出更为突出的前景。

现阶段，连续纤维增强3D打印技术在打印平面结构或简易的结构方面具有良好的优势，具有较高的拉伸强度和模量，然而采用连续纤维作为3D打印原料在非打印平面很难添加纤维；那么此种情况下，如果仅依靠树脂的粘合力，与纤维相比，呈现明显的承载差异，从而约束了连续纤维打印制件在结构件上的应用。同时由于线材含有连续纤维，在成型空间构件(如点阵)时，难以使用3D打印技术成型，限制了连续纤维打印技术在轻质结构或空心结构上的应用。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种3D打印材料及其制备方法和应用。

本发明的技术解决方案为：

根据本发明一方面提供一种3D打印材料，打印材料包括若干改性短切纤维和至少包含热塑性树脂的组分，其中，任意所述改性短切纤维的端面均接枝有活性基团，并且任意所述改性短切纤维除端面之外的其余部分均包覆有惰性树脂，所述惰性树脂与所述活性基团不发生反应。

进一步地，所述惰性树脂为热固性树脂。

进一步地，所述活性基团为羟基、羧基或双键中的任意一种。

进一步地，所述至少包含热塑性树脂的组分还包括催化剂、扩链剂中的至少一种。

进一步地，所述至少包含热塑性树脂的组分还包括扩链剂，所述扩链剂为含两个甚至多个官能团的分子，或含有不饱和键或环状基团的分子。

进一步地，所述热塑性树脂的熔融温度低于所述活性基团的反应温度。

进一步地，所述改性短切纤维的粒径为0.1～3mm；所述热塑性树脂的粒径为0.1～5mm。

进一步地，所述改性短切纤维的含量至少占3D打印材料总量的10％。

根据本发明另一方面提供一种3D打印材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备改性短切纤维，包括：

A1.1将纤维表面涂敷惰性树脂溶液并加热固化得到包覆的纤维；

A1.2将所述包覆的纤维进行切割得到包覆的短切纤维；

A1.3将所述短切纤维进行化学接枝处理，以使所述短切纤维的端面含有活性基团；

步骤2、制备3D打印材料，采用下述方式中任一种方式进行：