[發明專利]一種用于3D打印的材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711095346.4
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107746501B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 康健;王臻;李一鳴;王軼書;郭愛元;楊盛波;劉波;黃芳;劉懷政;呂侶;柳岸;宋相志;郭克華;李婷;劉登超
• 申請（專利權）人: 王臻;中南大學湘雅三醫院
• 主分類號: C08L23/08
• 分類號: C08L23/08;C08L9/06;C08L51/06;C08L25/14;C08L67/02;C08K5/12;B33Y70/10;B33Y10/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 魏國先

本發明公開了一種用于3D打印的材料，其包括乙烯?醋酸乙烯共聚物60％～96.5％、乳聚丁苯橡膠1％～6％、溶聚丁苯橡膠1％～6％、輔助改性材料2％～6％，所述輔助改性材料主要包括交聯劑5％?22％、配合劑38％?57％、抗氧化劑8％?17％、增韌劑4％?7％、抗水解劑8％?17％、熔體融合增強劑5％?20％。另外，本發明還涉及該材料的制備方法。本發明的3D打印材料能夠打印的硬度范圍更廣，可以實現多種硬度梯度，且具有高流動性、高韌性、低收縮率低、高打印精度的特點，適用于熔融沉積3D打印快速成型，很好地滿足了3D打印的材料的成型加工工藝。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，具體涉及一種用于3D打印的材料及其制備方法。

背景技術

近年來，3D打印方法已經逐步進入應用領域，在航空航天、家具產品、生物醫療、大型裝備等領域得到了越來越廣泛的應用。發展3D打印方法，可以生產出各種具有特殊功能的個性化產品，并將促進大批量的個性化定制成為重要的生產模式，提升產品開發水平，加快先進制造業的發展，對優化產業結構有著極其重要的意義。

3D打印的核心是它對傳統制造模式的顛覆。因此，打印最關鍵的過程在于建立在機械制造基礎上的材料研發過程。打印過程中，材料融化后在程序驅動下，被擠出或平鋪，凝固成各個片層，用這樣的方法使材料重新結合，完成成型。

3D打印的制造方法是指以數字模型為基礎，運用金屬粉末或塑料粉末等多種硬度閾值較大材料，在原有3D打印技術的基礎上，打印人體及生物的硬度梯度材料，使打印出的同一個模型中具備不同的硬度梯度。與傳統鑄造行業不同，打印方法無需事先設計并制造模具，不必在產品成型過程中損耗大量的材料。在材料用量方面，節約了材料，提高了利用率，使用多種材料按一定比例打印骨、軟骨、肌肉等組織，可以在同一個模型中實現不同的硬度梯度。

根據一份最新報告指出，3D打印主要由丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸、尼龍等聚合物薄膜和纖維狀材料，鈦及鈦合金、硬鋁合金、鑄造鎂合金等金屬粉末，氧化鋁、碳化硅陶瓷顆粒等組成。其中聚合物材料的需求量明顯高于其他材料，又以聚乳酸材料的用量最大、用途最為廣泛。對于打印人體及動物的組織結構模型，金屬材料可塑性差，硬度過高，顯然不適用。陶瓷等材料脆性大，易碎，亦不適用于組織結構的打印。

目前，國內存在大量有關于3D打印材料的生產、紡絲、成膜的論文和專利，均不適用于醫學領域的組織結構打印。比如：(1)發明專利“基于氧化石墨烯的3D打印材料和3D打印產品以及它們的制備方法”(公開號CN106315575A)中提及的以氧化石墨烯與苯胺為基礎的聚合材料，雖然可成型性好，易于長久保存，但不能使用熔融沉積成型技術，且苯胺對人體有毒害作用。(2)發明專利“一種用于3D打印的組合物、含有其的3D打印材料及其制備方法、應用及3D打印設備”(公開號CN105713362A)中提及的熱塑性樹脂、含稀土元素的合金粉末雖然有可直接用于熔融沉積成型，成本低，制備工藝簡單、安全性高等優點，但在成品硬度上仍與醫學領域的生物組織結構有著很大的差別。(3)發明專利“3D打印用石墨烯/丁苯橡膠改性低密度聚乙烯的制備法”(公開號CN106519379A)中提到的改性低密度聚乙烯雖然有著硬度可變范圍與人體組織相近，但卻沒有辦法同時應用于骨、軟骨、肌肉等多種組織，且加熱溫度不易控制，易發生熱老化。現有的用于人體組織的3D打印材料硬度可變范圍小，難以通過一種材料配方適應人體組織的梯度變化，使得現有的3D打印材料適應性不高。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于3D打印的材料及其制備方法，要解決的技術問題是：通過材料成分比例的改變使得3D打印的一個模型中呈現不同硬度梯度，模擬出人體組織的硬度，滿足醫療用3D打印耗材的需求，實現批量個性化生產，降低成本。具體技術方案如下。