[发明专利]一种高精度无堵头型秸秆类FDM 3D打印耗材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高精度无堵头型秸秆类FDM 3D打印耗材及其制备方法，该耗材由如下组分组成：高分子原料25‑85份；秸秆粉15‑75份；增韧剂0‑5份；相容剂0‑5份；抗氧剂0.1‑1份；润滑剂0‑1份；色粉0‑1份；制备方法如下：（1）将选用的秸秆经碱性溶液浸泡，离心烘干，加入相容剂分散的乙醇溶液，烘干；（2）按配比称取原料，用混料机混合均匀；（3）将混合好的物料放入双螺杆挤出机内挤出成条，经过冷却、风干、切粒，制成粒料；（4）将粒料放入3D打印耗材单螺杆挤出机内挤出成丝，经过冷却，风机吹干，牵引拉条，收卷机收卷成盘，即得。本发明原材料来源广泛，所制备耗材的挤出拉丝过程，线径精准，表面光滑，打印过程出料稳定无堵头现象，打印产品无毛刺，翘边。

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体地说，涉及一种高精度无堵头型FDM 3D打印耗材及其制备方法。

背景技术

3D打印技术是一种基于三维模型的数据信息，逐层堆积材料来制造实体零件的方法。目前可利用的3D打印工艺技术已有近20种，其中最常用的是熔融沉积成型(FDM)，1988年由美国人发明，由于具有打印机结构简单、操作方便、成型速度较快、材料种类丰富且成本低、环保等诸多优点，已经应用于汽车制造、航空、医疗、食品加工、生物医学、教学、工艺品、建筑等领域，是目前应用领域最广、成熟度最高、应用价值最大和前景最广阔的3D打印技术之一。

FDM技术作为非激光成型制造系统，其最大优点就是几乎所有的通用塑料都可用来打印，主要是ABS、PLA、PC、PC/ABS、石蜡以及聚酯等材料。FDM以丝状热塑性材料为原料，可运用粉末状金属或农作物秸秆等可粘合材料，以丝状供料，材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，材料迅速固化，并与周围的材料粘结。

国外FDM技术比国内更成熟，成型制件精度高，成型壁厚最薄可达0.4mm，更能满足工业需要，应用领域更为广泛，但设备成本较高，几乎是国内设备的4倍，打印材料价格均为针对设备定制研发，材料的价格是国内材料价格的10多倍。国内工业级3D打印设备除了成本较低外，在材料质量、打印精度等很多方面都需要进一步提升。目前国内尽管FDM 3D打印技术普及很快，但是多用于实验教学与工艺品制作，难以进行大规模实际应用。原材料、质量和价格是仍是制约3D打印发展的主要因素。

农作物秸秆是在籽实收获之后剩下的一些富含纤维成分的作物残留物，主要有豆类、麻类、薯类、禾谷类、油料类及甘蔗、棉花、瓜果、烟草等作物的秸秆，其作为农作物当中主要的副产品，数量庞大，同时也是具有多类用途的一种可再生生物资源。我国的农作物秸秆资源基本还处在高污染、高消耗及低产出的现状，大多数农作物秸秆都被弃置或焚烧，无法得到合理的开发与利用。对农作物秸秆资源进行综合应用对保护环境、节约资源、增加收入及促进农业可持续发展等具有重要意义。将秸秆用在3D打印中的新材料，不仅可以解决农民农收问题，保护环境，还能在加工回收后获取3D打印的新材料，这样可以显著降低3D打印的成本。用秸秆等原料经过加工后可以打印出木纹餐具与花瓶等生活常用品，这种采用农作物秸秆经3D打印所生产的产品有着天然草木色的纹理与秸秆特有的清香，使所打印出来的产品更具木质感，不仅实用，还具有观赏价值，且农作物秸秆用做3D打印的材料，绿色环保，未来具有非常广泛的应用前景。

但是目前秸秆类3D打印材料，主要是解决耐腐蚀性，尺寸、机械性能和力学性能，如高弯曲强度、高热变形温度、高断裂伸长率等，并且是单一一种秸秆，多数材料仍然存在打印过程中挤出材料容易断线，堵头，精度不高等问题。

发明内容

针对现有问题的不足，本发明的目的是提供一种挤出过程无断线，打印过程无翘曲、毛刺、堵头情况的高精度3D打印耗材。所制备耗材的挤出拉丝过程，线径精准，表面光滑，高分子秸秆混合均匀；打印过程，出料稳定无堵头现象，打印产品无毛刺，翘边的情况；经测试，所制备耗材在冲击、拉伸和弯曲强度性能上都有所提高。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：