本發明屬于3D打印材料制造
技術領域：
，涉及了一種適用于3D打印的磁性輕質可降解材料的制備方法。技術背景3D打印技術又稱為快速成型技術，該技術不需要傳統的刀具﹑夾具和機床，以數字模型文件為基礎，使用金屬粉末或塑料等具有粘合性的材料逐層打印來制造任意形狀物品的技術。3D打印機可以制造的領域廣泛，包括飛行器﹑武器，建筑模型﹑人體器官以及兒童玩具等。然而，3D打印技術的發展在很大程度上受限于3D打印材料的開發。因此開發更為多樣多功能的3D打印材料成為未來研究與應用的熱點與關鍵。本發明的3D打印材料是一種新材料，兼具磁性金屬與塑料的性能，與傳統的磁性材料相比具有質量輕、韌性好以及可降解的優點，為3D桌面打印提供了更多的材料素材。熔融擠壓堆積成型(FDM)技術是3D打印常用的一種技術，此技術利用熱塑性聚合物在熔融狀態下，從打印噴頭擠出，然后凝固成輪廓薄層，再一層一層的疊加而成。雖然光固化技術也可用于包含塑料的相關材料的成型，但是其成本高、工藝較為復雜，而且不能打印深色材料；因而目前FDM是應用最為廣泛、價格最低的成型技術，本發明所制備的3D打印磁性輕質絲材可以廣泛應用于FDM工藝。目前，市場上應用復合材料來制備絲材的技術仍然較少，這主要是因為作為補強劑的纖維或者無機填料由于尺寸較大和熔體的粘度變大容易造成FDM型3D打印機噴絲口的堵塞以及絲材表面的粗糙和缺陷。技術實現要素：為了解決
背景技術：
：中存在的問題，本發明提出了一種適用于3D打印的磁性輕質可降解材料的制備方法，使得打印出來的物品不但具有良好的力學性能和表觀性能而且具有磁性，以滿足各種3D打印需求。本發明采用環氧大豆油包覆納米片狀材料，利用納米潤滑機理，極大地降低了材料的堵絲幾率，降低打印絲材的表面缺陷的可能性。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是包含以下步驟：步驟一：將磁性納米片材加入到環氧大豆油中進行混合，在40℃氮氣氣氛下，通過磁力攪拌和超聲分散形成均勻的磁性納米體漿液，磁性納米片材和環氧大豆油按照質量比為1:2的比例，磁性納米片材主要是由納米鎳和納米鐵氧體以質量比1:1組成；加入環氧大豆油采用的特定比例能夠防止納米鎳和納米鐵氧體的分散和氧化。步驟二：將磁性納米體漿液、聚乳酸、聚氨酯彈性體橡膠、環氧大豆油丙烯酸酯和硬脂酸按照比例放入三維混料機中進行初混合，通過螺桿擠出機擠出成絲制備輕質磁性絲材，獲得產物作為本發明所述的磁性輕質可降解材料。所述聚乳酸選用Naturework的PLA系列，所述聚氨酯彈性體橡膠選用德國拜耳DP3491A。所述步驟二中，磁性納米體漿液的質量為總配方質量的2～5％。所述步驟二中，聚乳酸的質量為總配方質量的80～85％。所述步驟二中，聚氨酯彈性體橡膠用于體系的增韌，含量為總配方質量的5～10％。所述步驟二中，環氧大豆油丙烯酸酯的質量為總配方質量的5～8％，硬脂酸比例為2～5％。通過所述步驟二中螺桿擠出機擠出成絲是在180～200℃溫度和螺桿轉速為75～90r/min的工藝條件下進行，從而使得環氧大豆油丙烯酸酯在磁性納米體漿液中的磁性納米片材上形成包衣和界面過渡層。具體實施制備獲得本發明材料后按照國家標準進行分析測試后，放入FDM型3D打印機中進行打印。現有的市面上的磁性3D打印材料僅適用于3D打印技術中更高級的激光燒結工藝，該技術的成本較高，且對打印技術要求更高，而不能適用于FDM熔融擠壓技術。而本發明制備的3D打印材料能夠適用于成本更低、技術要求更低的FDM熔融擠壓技術，且解決了類似材料在打印過程中容易堵絲的問題。本發明選用層狀納米材料作為填料，在尺寸上遠遠小于噴絲口的尺寸，此外層狀納米材料在3D打印的成型過程中，還可起到潤滑作用，減小堵絲現象的發生。本發明將環氧大豆油丙烯酸酯被有效地引入材料制備過程中，用于減小層狀納米材料的團聚并增強其界面強度。本發明采用聚乳酸(PLA)作為基體材料，主要是由于聚乳酸具有無毒﹑無味﹑熱穩定性好，易加工，透明易染色等優點都符合3D打印技術對聚合物材料的要求，且聚乳酸原料可降解，是公認的環境友好材料。然而，聚乳酸脆性較強，本發明中加入聚氨酯彈性體橡膠進行增韌，以制備強度優良的3D打印材料。本發明通過選擇合適的可降解高分子材料，對添加的磁性納米片狀材料進行預反應提高其與高分子材料的界面結合能力，混合料用雙螺桿擠出機進行反應型擠出﹑拉絲﹑繞盤，獲得力學性能和熱性能優良的可降解3D打印材料。通過該方法制備的磁性輕質可降解材料比金屬氧化物磁性材料的重量僅僅為傳統鐵氧體磁性材料的30％左右，其拉伸強度大于40MPa，斷裂伸長率達到20～30％；沖擊強度大于30KJ/m2；達到3D打印材料的力學性能要求；其磁感矯頑力120～150kA/m；剩磁0.168～0.281T；最大磁積能9～13KJ/m3；是良好的磁性材料，能夠滿足3D打印設計的磁性材料的要求，尤其是適用于FDM熔融擠壓技術的要求。本發明的有益效果是：(1)本發明使用常用的聚乳酸，可在環境中自然降解，為環境友好性材料。(2)本發明制成的3D打印材料具有很好的韌性和沖擊強度，通過3D打印技術打印出來的產品外觀優質、沖擊強度高、拉升強度好。(3)本發明使用磁性納米體漿液與聚乳酸混合制成磁性材料，使制品具有磁性，可運用在打印磁性工具和玩具等多種領域。(4)本發明能夠適用于成本更低、技術要求更低的FDM熔融擠壓技術。具體實施方式以下通過具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明，但不應該將此理解為本發明的范圍僅限于一下實例。在不脫離本發明上述方法思想的情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包含在本發明的范圍內。本發明的實施例如下：以下的實施例所采用的磁性納米體漿液采用以下方式制成：將主要是由納米鎳和納米鐵氧體以質量比1:1組成的磁性納米片材按照質量比1:2加入到環氧大豆油中進行混合，在40℃氮氣氣氛下，通過磁力攪拌和超聲分散形成均勻的磁性納米體漿液，備用。實施例1其組分按重量份計為：具體實施步驟如下，步驟1：將聚乳酸在50度下干燥8小時，聚氨酯彈性體在80℃下干燥8小時。步驟2:將混料機將聚乳酸、聚氨酯彈性體橡膠、磁性納米體漿液、環氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三維混料機中進行初混合。步驟3：將初混合后的料加入雙螺桿擠出機的料斗中，在185℃以及轉速為90r/min的條件下擠出直徑為1.75mm的絲材。步驟4：將上述絲材放入FDM型3D打印機中進行打印。將上述材料進行性能檢測，結果如下：檢測項目執行標準數值密度(g/cm3)GB4472-842.38拉伸強度(MPa)GB/T1040-9243斷裂伸長率(％)GB/T1040-9230沖擊強度(KJ/m2)GB/T1843-200838磁感矯頑力(kA/m)GB11209-1989120剩磁(T)GB11209-19890.168最大磁積能(KJ/m3)GB11209-1989960天降解率(％)GB/T29646-201330.3實施例2其組分按重量份計為：具體實施步驟如下，步驟1：將聚乳酸在50度下干燥8小時，聚氨酯彈性體在80℃下干燥8小時。步驟2:將混料機將聚乳酸、聚氨酯彈性體橡膠、磁性納米體漿液、環氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三維混料機中進行初混合。步驟3：將初混合后的料加入雙螺桿擠出機的料斗中，在200℃以及轉速為90r/min的條件下擠出直徑為1.75mm的絲材。步驟4：將上述絲材放入FDM型3D打印機中進行打印。將上述材料進行性能檢測，結果如下：將材料進行性能檢測，結果如下：檢測項目執行標準數值密度(g/cm3)GB4472-843.58拉伸強度(MPa)GB/T1040-9242斷裂伸長率(％)GB/T1040-9220沖擊強度(KJ/m2)GB/T1843-200831磁感矯頑力(kA/m)GB11209-1989150剩磁(T)GB11209-19890.281最大磁積能(KJ/m3)GB11209-19891360天降解率(％)GB/T29646-201331.4實施例3其組分按重量份計為：具體實施步驟如下，步驟1：將聚乳酸在50度下干燥8小時，聚氨酯彈性體在80℃下干燥8小時。步驟2:將混料機將聚乳酸、聚氨酯彈性體橡膠、磁性納米體漿液、環氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三維混料機中進行初混合。步驟3：將初混合后的料加入雙螺桿擠出機的料斗中，在190℃以及轉速為85r/min的條件下擠出直徑為1.75mm的絲材。步驟4：將上述絲材放入FDM型3D打印機中進行打印。將上述材料進行性能檢測，結果如下：實施例4其組分按重量份計為：具體實施步驟如下，步驟1：將聚乳酸在50度下干燥8小時，聚氨酯彈性體在80℃下干燥8小時。步驟2:將混料機將聚乳酸、聚氨酯彈性體橡膠、磁性納米體漿液、環氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三維混料機中進行初混合。步驟3：將初混合后的料加入雙螺桿擠出機的料斗中，在180℃以及轉速為75r/min的條件下擠出直徑為1.75mm的絲材。步驟4：將上述絲材放入FDM型3D打印機中進行打印。將上述材料進行性能檢測，結果如下：檢測項目執行標準數值密度(g/cm3)GB4472-843.18拉伸強度(MPa)GB/T1040-9242斷裂伸長率(％)GB/T1040-9221沖擊強度(KJ/m2)GB/T1843-200830磁感矯頑力(kA/m)GB11209-1989126剩磁(T)GB11209-19890.183最大磁積能(KJ/m3)GB11209-19891160天降解率(％)GB/T29646-201334.2實施例5其組分按重量份計為：具體實施步驟如下，步驟1：將聚乳酸在50度下干燥8小時，聚氨酯彈性體在80℃下干燥8小時。步驟2:將混料機將聚乳酸、聚氨酯彈性體橡膠、磁性納米體漿液、環氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三維混料機中進行初混合。步驟3：將初混合后的料加入雙螺桿擠出機的料斗中，在190℃以及轉速為75r/min的條件下擠出直徑為1.75mm的絲材。步驟4：將上述絲材放入FDM型3D打印機中進行打印。將上述材料進行性能檢測，結果如下：檢測項目執行標準數值密度(g/cm3)GB4472-842.68拉伸強度(MPa)GB/T1040-9247斷裂伸長率(％)GB/T1040-9228沖擊強度(KJ/m2)GB/T1843-200836磁感矯頑力(kA/m)GB11209-1989122剩磁(T)GB11209-19890.170最大磁積能(KJ/m3)GB11209-19891060天降解率(％)GB/T29646-201330.9實施例6其組分按重量份計為：具體實施步驟如下，步驟1：將聚乳酸在50度下干燥8小時，聚氨酯彈性體在80℃下干燥8小時。步驟2:將混料機將聚乳酸、聚氨酯彈性體橡膠、磁性納米體漿液、環氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三維混料機中進行初混合。步驟3：將初混合后的料加入雙螺桿擠出機的料斗中，在185℃以及轉速為85r/min的條件下擠出直徑為1.75mm的絲材。步驟4：將上述絲材放入FDM型3D打印機中進行打印。將上述材料進行性能檢測，結果如下：檢測項目執行標準數值密度(g/cm3)GB4472-843.24拉伸強度(MPa)GB/T1040-9247斷裂伸長率(％)GB/T1040-9229沖擊強度(KJ/m2)GB/T1843-200837磁感矯頑力(kA/m)GB11209-1989134剩磁(T)GB11209-19890.248最大磁積能(KJ/m3)GB11209-19891260天降解率(％)GB/T29646-201332由上述實施例可見，本發明通過選擇合適的可降解高分子材料，對添加的磁性納米片狀材料進行預反應提高其與高分子材料的界面結合能力，進而獲得力學性能和熱性能優良的可降解3D打印材料。通過該方法制備的磁性輕質可降解材料與金屬氧化物磁性材料相比重量輕且柔性好，是良好的磁性材料，能滿足FDM熔融擠壓技術的3D打印要求。當前第1頁1 2 3