[发明专利]一种3D打印特种工程塑料支撑材料及其线材的制备方法

说明书

本发明公开了一种3D打印特种工程塑料支撑材料及其线材的制备方法，该材料由以下重量百分数的组分组成:聚碳酸酯类树脂75‑90份；增强材料5‑15份；相容剂1‑10份；塑化剂2‑5份；抗氧剂0.1‑3份。该材料制备的支撑线材保证了高温环境下，特种工程塑料3D打印过程中支撑部分的稳定建立，与特种工程塑料聚醚醚酮，聚醚酰亚胺，聚醚砜，聚醚酮酮，聚苯硫醚，聚苯砜等粘结好，同时制品打印完成后放入无毒环保溶剂中，支撑部分溶解或溶胀即可迅速去除。本发明的3D打印支撑材料的制备方法，化学稳定性高；生产工艺简单，可采用现有的双螺杆挤出机制备，易于制备，适合工业化生产，有利于该3D打印材料的市场推广。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印特种工程塑料支撑材料及其线材的制备方法。

背景技术

3D打印技术这些年得到广泛关注和迅速发展，熔融堆积成型((FDM)是目前3D打印的一个重要分支，其基本原理是将高分子材料单丝或线材通过齿轮精确送至加热端熔融挤出，并在精确定位下通过逐层堆积方式构建三维物体。

3D打印支撑材料用于熔融沉积成型(FDM)3D打印技术，在打印过程中辅助制品悬空结构或者中空结构的部位成型，打印完成后需要去除的材料。如图1和图2所示，支撑材料通过计算机软件自动计算增加在工艺上需要支撑的模型部分，不属于模型的一部分，打印结束后需去除。

市面上销售和使用的大部分都是模型材料，而支撑材料的技术含量较高。

一方面，支撑材料对打印机要求较高，需要打印机有同时打印两种材料的能力。

另一方面，支撑材料的材料设计要求很高，因为支撑材料需要考虑与模型材料的粘接、与打印环境温度的适配、打印过程中的尺寸稳定性，后处理去除的方式及难易程度等。

目前市场上支撑材料与技术主要有两类：

一、主流的剥离型的本体材料，将与本体同样的材料在需要支撑的部位打印成疏松的结构，打印完成后通过物理的方法用钳子、小刀等工具将支撑材料从主体材料上剥离，这种方法存在操作困难，支撑材料本身不容易去除干净且容易破坏主体材料等缺点，特别对于高温特种塑料这种高硬度，高强度的材料，如聚醚醚酮(PEEK)，聚醚酰亚胺(PEI)等材料，去除支撑的过程十分耗时和困难。

二、溶解型支撑材料，主要为水溶性树脂如聚乙烯醇(PVA)、丙烯酸类共聚物等，打印完成后将打印件主体浸泡在水中，热水会加速水溶树脂的溶解，利用支撑材料的水溶特性来去除，水溶性支撑能够提供打印件良好平整的支撑面，对打印件表面质量保护较好。但是一般情况下，水溶性支撑材料与本体材料粘结性较差，在打印过程中，主体材料会因为较弱的粘结脱离支撑而产生变形或翘曲。而且溶解之前一般有一个溶胀的过程，有时会对制品造成一些损伤。另外一种可溶性支撑高抗冲聚苯乙烯(HIPS)材料，可溶于柠檬烯中，但是使用柠檬烯的成本较高，且难以回收。

目前3D打印主要使用量最大的原料是聚乳酸(PLA)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，市场上的支撑材料也主要以支撑这两种材料为主，而3D打印特种工程塑料用的支撑材料却几乎为空白。特种工程塑料如，聚醚醚酮(PEEK)，聚醚酰亚胺(PEI)，聚苯砜(PPSU)，苯硫醚(PPS)等，都有着远高于普通塑料和工程塑料的加工温度，强度高，耐高温，耐化学腐蚀，耐溶剂。所以在3D打印过程中，这类材料的打印温度很高，通常在350-400℃。目前市场上一般的支撑材料耐不住350-400℃的高温，在打印过程中会被覆盖上的热打印层烫化或受热变形，并且PVA和HIPS等与上述特种工程塑料粘结性不理想，打印过程中主体材料易发生脱离变形和翘曲。随着特种工程塑料3D打印在工业上的发展，市场上对特种工程塑料打印用的耐高温支撑材料的需求将会越来越迫切，特别是表面打印要求较高，支撑难去除的工艺模型。

发明内容