[發明專利]用于三維打印的低打印溫度的打印線材

在審

• 申請號: 201710036358.3
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN108264740A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 李基凡;李凱;祿麗
• 申請（專利權）人: 納米及先進材料研發院有限公司
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L23/08;C08L91/06;C08L23/06;C08L71/02;B33Y70/00
• 代理公司: 深圳市瑞方達知識產權事務所(普通合伙) 44314
• 代理人: 張約宗;張秋紅

本發明涉及在低溫下通過熔融線材制備法打印的熱塑性三維打印線材組合物。所述打印線材含有70?90wt％的聚己內酯、至少一種含量為10?30wt％且熔點在60?90℃之間的熱塑性聚合物、至少一種抗氧化劑和至少一種增塑劑。所述三維打印線材可在不高于100℃下打印且無需加熱打印底板，這可有效節能并最大限度降低三維打印機的復雜性。除低打印溫度外，所述三維打印線材具備生物友好性，可安全地用于家用。

技術領域

本發明涉及三維(3D)打印的技術領域，更具體地說，涉及一種用于3D打印的低打印溫度的打印線材，以及使用該低打印溫度的打印線材進行3D打印的方法。

背景技術

3D打印是將產品的二維橫截面層依序沉積，以制備最終具有3D立體形狀產品的增材制造工藝(additive manufacturing process)。3D打印機的出現，催生出新型自助型(do-it-yourself)(DIY)制造商和家庭用戶。由于3D打印機可降低生產高獨特性或個性化產品的成本，一些商家正使用低成本3D打印機來生產滿足個性化需求的定制產品。同時，3D打印機也逐步走進普通家庭消費者，實現個人DIY。3D打印機的優勢，還體現在豐富且價低的材料供應(熱塑性聚合物)、相對簡單的打印技術(具有加熱頭的XYZ方向)及合理的成品耐用性。

在諸多3D打印技術中，尤其對于家庭使用者而言，熔融線材制備打印法是最為常見的方法，這主要得益于熔融線材打印機較低的價格。熔融線材制備法的原理如下：在計算機控制下，打印機加熱噴嘴根據產品截面輪廓信息，做X-Y平面運動。熱塑性打印線材由供絲機輸送至加熱噴嘴，在其中加熱、熔化成半液體狀態，而后被擠壓成細線打出，并在打印底板上快速冷卻形成單層薄片輪廓。單層截面成型后工作臺下降或噴嘴上升一定高度，新擠出的線材粘合到前一層上再進行下一層的熔覆，此過程類似逐層“畫出”截面輪廓，如此循環最終形成3D產品。

用于熔融線材制備法打印的打印材料可以是熱塑性聚合物線材，其直徑通常為1.75mm。打印線材加熱熔融后，通過直徑為0.15-0.8mm的噴嘴被擠出。常用熱塑性聚合物是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚乳酸(PLA)。

ABS是一種常見的用于熔融線材制備法打印的基礎材料，按年消耗量來計，也是熔融線材3D打印機上使用最廣泛的材料。ABS材料耐熱、耐濕、耐化學腐蝕，使其成為制作模具、模板、圖案、工具和最終使用零件的極佳選擇。ABS塑料所需的打印噴嘴溫度在210-250℃之間，在此溫度下ABS熔融并從噴嘴中擠出。ABS打印線材通常為白色、黑色、紅色、藍黃色、綠色或透明，有磨砂外觀。

PLA是一種生物可降解熱塑性聚合物，由來自例如木薯、玉米和甘蔗等作物的乳酸聚合而成。與所有其它基于石化制備所得的塑料如ABS相比，PLA是3D打印領域中最環保的材料，例如可用于醫療縫合及外科植入物。PLA材料堅韌，在常溫下呈現脆性，且其熔點低于ABS。所以PLA擠出噴嘴溫度通常在190℃-220℃之間。

擠出線材在打印底板上沉積成型。打印底板是可加熱，固定或移動式的工作臺。打印過程中，打印底板通常加熱到稍低于打印線材的熔點。這可確保每層沉積線材與先前沉積層熔合，且防止已沉積線材的翹曲和開裂。

然而，由于ABS和PLA的熔點分別位于210-240℃和180-220℃之間，它們需相對高的打印溫度和打印底板溫度，這使得熔融線材3D打印機在功率消耗方面成本昂貴。此外，所需的高打印溫度和高打印底板溫度可能對新手業余愛好者和兒童帶來危險。

由于常規3D打印材料需要高打印溫度和打印底板溫度，本領域需要制備出具有低打印溫度的3D打印材料，以便為用戶提供更安全的使用環境。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種低打印溫度的3D打印線材及3D熔融線材打印方法。

本發明解決該技術問題所采用的技術方案是：制備一種低打印溫度的3D打印線材，其包含：