一种用于3d打印的具有大理石-云母石效果的仿大理石-云母石复合耗材及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种用于3D打印的具有种大理石?云母石效果的复合耗材，其组分及质量百分含量为：大理石粉：5％?15％、云母石粉：5％?15％、ABS塑料：5％?10％、PLA(聚乳酸)：55％?83％、助塑剂：2％?5％。由于加入大理石?云母石粉，故使得该3D打印耗材打印出的模型成品，不需外部着色或二次加工，具有仿大理石?云母石外观和质感，并且具有较好的物理机械性能以及可雕刻，耐酸碱、防风蚀、无放射性等特点，开拓多了一种3D打印使用的耗材，使3D打印大理石?云母石效果的仿大理石?云母石模型、产品成为现实。
【专利说明】
一种用于3D打印的具有大理石-云母石效果的仿大理石-云母 石复合耗材及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种3D打印耗材，具体是一种具有大理石-云母石效果的仿大理石-云 母石复合耗材及其制备方法。 技术背景
[0002] 3D打印技术(添加制造、增材制造或增量制造），是以三维CAD模型数据为基础，运 用粉末状金属或塑性材料，通过逐层增加材料的制造方式。目前已广泛应用于工业设计、模 具制造等领域，并在建筑、生物、医疗、航空航天等领域进行了验证性应用。目前在中国用于 FDM(桌面级)原料3D打印的耗材，至今还没有出现用于3D打印的具有大理石-云母石效果的 仿大理石-云母石复合耗材。
[0003] 具有大理石-云母石效果的仿大理石-云母石复合耗材，在不完全使用大理石-云 母石为原料的前提下，大大节省了原料成本，同时又制作出仿大理石-云母石效果的3D打印 模型及产品，大大拓宽了3D打印在生活及工业领域的应用，填补了3D打印在具有大理石-云 母石效果的复合耗材的技术空缺。
【发明内容】
[0004] 针对上述3D打印市场耗材的技术空缺，本发明的目的在于提供一种具有大理石-云母石效果的仿大理石-云母石复合耗材，解决了普通PLA(聚乳酸)耗材较脆，易折断，韧性 差的缺点。加入大理石-云母石粉使得该3D打印耗材打印出的模型及产品具有类似大理石-云母石一样的光泽和质感，使3D打印大理石-云母石效果的仿大理石-云母石模型或产品 成为现实;进一步提供一种具有大理石-云母石效果的仿大理石-云母石符合耗材的制备方 法。
[0005] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种用于3D打印的具有大理石-云 母石效果的仿大理石-云母石复合耗材，其特征在于其组分及质量百分含量为：
[0006] 大理石粉:5%_15%、
[0007] 云母石粉:5%_15%、
[0008] ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、
[0009] 聚乳酸:55%-83%、
[0010] 助塑剂:2%_5%。
[0011] 该具有大理石-云母石效果的仿大理石-云母石复合耗材的组分及质量百分含量 还可以为：
[0012] 大理石粉:15%、
[0013] 云母石粉：15%、
[0014] ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）：10%、
[0015] 聚乳酸:55%、
[0016] 助塑剂:5%。
[0017] 该具有大理石-云母石效果的仿大理石-云母石复合耗材的组分及质量百分含量 还可以为：
[0018] 大理石粉:5%、
[0019] 云母石粉:5%、
[0020] ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）：5%、
[0021]聚乳酸：83%、
[0022]助塑剂:2%。
[0023]该具有大理石-云母石效果的符合耗材的组分及质量百分含量还可以为：
[0024] 大理石粉:7%、
[0025] 云母石粉：5%、
[0026] ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）：8%、
[0027]聚乳酸:76%、
[0028]助塑剂:4%。
[0029] 上述大理石-云母石粉可选用800目细度到1000目细度。
[0030]上述助塑剂为乙撑双硬脂酰胺。
[0031] 上述聚乳酸的分子量范围为4W-6W。
[0032]上述组分质量百分含量不同，在3D打印耗材使用中表现出不同的质感和光泽度。 [0033]本发明的具有大理石-云母石效果的仿大理石-云母石复合耗材的制备方法，制备 步骤如下：
[0034]①将大理石、云母石分别切割成小块状，放入液压岩石破碎磨粉机内研磨成800细 目至1000细目大小，将研磨好的大理石粉末、云母石粉末放入干燥机内以90°C-100 °C的温 度烘干5小时以上，使大理石粉末、云母石粉末的含水量降低至0.2%-0.5% (质量）；得到大 理石粉、云母粉；
[0035]②按质量百分含量:大理石粉:5%-15%、云母石粉:5%-15%、ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）：5%-10%、聚乳酸:55%-83%、助塑剂:2%-5 %，选择大理石粉、云 母石粉、ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、聚乳酸和助塑剂；
[0036]③将大理石粉、云母石粉、ABS塑料（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、聚乳酸和助 塑剂放入塑料搅拌机，充分搅拌混合4-6分钟；
[0037] ④将混合好的原料一起加入到双螺杆造粒机，经过温度160 °C -210 °C的高温加热， 将原料在双螺杆挤出机中高温塑化熔融后以螺杆转速30-60RPM挤出原料；
[0038] ⑤从双螺杆挤出机的原料进入造粒模具后，被分成细条状，并被自动刀片快速切 割成粒径为〇. lmrn-0.2mm的复合颗粒；
[0039]⑥将复合颗粒放入塑料干燥机中以90°C-100°C的温度干燥3-4小时；
[0040] ⑦将复合的颗粒加入到螺杆挤出机，经过首段温度160°C_185°C，第二段温度180 °C_195°C，第三段温度185°C_195°C，第四段温度190°C_210°C，第五段温度180°C_205°C的 分段式高温塑化炮筒塑化溶解，螺杆转速30-60RPM挤出原料；
[0041] ⑧塑化后的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入口径由大到小不锈钢的锥型的 挤出模具后挤出成型的大理石-云母石线条；
[0042]⑨大理石-云母石线条进入3米长的20°C_30°C的常温冷却水槽，在牵引机的作用 下将大理石-云母石线条线径控制在1.75mm精度±0.03丽范围内然后迅速进入到6米长的 10°C-15°C存有冷水的水槽中，充分冷却使大理石-云母石冷却成型线材；
[0043]⑩大理石-云母石线材进人40厘米长横置的温度控制在60 °C-80 °C热气矩阵进行 第一次吹干，保证线材的干燥；
[0044] (fj)将经过吹干的线材进入牵引卷起，在固定拉力的牵引下得到高精度大小直径 稳定的线材；
[0045] (J|)将干燥后线径稳定后定性的线材进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出的线材；
[0046] 线材从储线架下来后进入40厘米长横置的常温吹气矩阵进行第二次吹干，保 证线材的充分干燥；
[0047] 441将经过第二次吹干的线材经过双向高速激光测径仪全程监控线径的直径，并 保证线材的直径的精度和线材的圆度。
[0048] ?:经过测径仪的线材进入感应排线器进入卷线机，在卷线机的线盘中自动收卷 成成品，得到具有大理石-云母石效果的仿大理石-云母石复合耗材。
[0049]本发明的有益效果：由于本发明采用天然大理石和天然云母石粉碎成粉末和聚乳 酸和ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)塑胶材料作为3D打印耗材的主材料，同时加 入一定量的助塑剂大大降低了大理石-云母石对聚乳酸塑化的影响，保证在打印过程中耗 材熔融的稳定性，使打印的模型的尺寸稳定性好、不堵孔、不翘曲、加工条件要求低，降低了 制品的收缩率且保证制品具有较好的物理机械性能以及可雕刻、耐酸碱、防风蚀、无放射性 等耐候性。且不需外部着色或二次加工，具有仿大理石-云母石外观和质感，同时具有天然 大理石-云母石可以雕刻的效果，可以广泛使用于生活和工业领域。
【具体实施方式】 [0050] 实施例一
[00511采用15%的大理石和15%的云母石粉末，10%的ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙 烯共聚物)塑料颗粒，5%的乙撑双硬脂酰胺和55%的聚乳酸颗粒通过下列制作工艺制作的 产品是白底黑纹偏暗，类似灰色大理石，表面有大理石光泽，但是比较粗糙，接近纯天然大 理石效果。具体制备步骤如下：
[0052]①将大理石15 %和云母石15 %比例切割成小块状，放入液压岩石破碎磨粉机内用 6小时研磨成800目大小的大理石云母粉；
[0053] ②将大理石云母石粉末放入干燥机内以95°C的温度烘干5小时，使大理石云母石 粉末的含水量降低至0.5% (质量）；
[0054]③将干燥后的大理石云母石粉混合上述其他组成成分后放入塑料搅拌机，充分搅 拌混合4分钟；
[0055] ④将混合好的原料一起加入到双螺杆造粒机，经过温度190 °C的高温加热，将原料 在双螺杆挤出机中高温塑化熔融后以螺杆转速50RPM挤出原料；
[0056] ⑤从双螺杆挤出机的原料进入造粒模具后，被分成细条状，并被自动刀片快速切 割成粒径为0.2mm的复合颗粒；
[0057]⑥将复合颗粒放入塑料干燥机中以95°C的温度干燥4小时；
[0058]⑦将复合的颗粒加入到螺杆挤出机，经过首段温度175°C，第二段温度185°C，第三 段温度195°C，第四段温度200°C，第五段温度195°C的分段式高温塑化炮筒塑化溶解，螺杆 转速50RPM挤出原料；
[0059] ⑧塑化后的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入口径由大到小不锈钢的锥型的 挤出模具后挤出成型的大理石线条；
[0060] ⑨大理-云母石线条进入3米长的28°C的常温冷却水槽，在牵引机的作用下将大 理-云母石线条线径控制在1.75mm精度±0.03丽范围内然后迅速进入到6米长的15 °C存有 冷水的水槽中，充分冷却使大理-云母石冷却成型线材；
[0061 ]⑩大理-云母石线条进人40厘米长横置的温度控制在80 °C热气矩阵进行第一次吹 干，保证产品的干燥；
[0062] ?』1经过吹干的线材进入牵引卷起，在固定拉力的牵引下得到高精度大小直径稳 定的线材；
[0063] (61干燥后线径稳定后定性的线材进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出的线材；
[0064] 线材从储线架下来后进入40厘米长横置的常温吹气矩阵进行第二次吹干，保 证线材的充分干燥；
[0065] <14经过第二次吹干的线材经过双向高速激光测径仪全程监控线径的直径，并保 证线材的直径的精度和线材的圆度；
[0066] ^经过测径仪的线材进入感应排线器进入卷线机，在卷线机的线盘中自动收卷 成成品。
[0067] 我们选用了 5段经过10%ABS对PLA进行改性后的大理-云母石线条各1米和5段各1 米普通PLA打印线条在冲击测试机通过摆锤式测试方法得出。ABS含量在10%时，增韧效果 有显著提高，冲击强度达到39.4J/m，断裂伸长率相对没有加入增韧剂改性提高了近9倍。 [0068] 实施例二
[0069]采用5%的大理石和15%的云母石粉末，5%的ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共 聚物)塑料颗粒，2%的乙撑双硬脂酰胺和78%的聚乳酸颗粒通过下列制作工艺制作的产品 是白底黑纹亮色，类似玉白云石，表面有类似云母石较强光泽，外表光滑。具体制备步骤如 下：
[0070]①将大理石5%和云母石15%比例切割成小块状，放入液压岩石破碎磨粉机内用 8小时研磨成1000目大小的大理石云母粉；
[0071] ②将大理石云母石粉末放入干燥机内以95°C的温度烘干5小时，使大理石云母石 粉末的含水量降低至0.5% (质量）；
[0072]③将干燥后的大理石云母石粉混合上述其他组成成分后放入塑料搅拌机，充分搅 拌混合6分钟；
[0073] ④将混合好的原料一起加入到双螺杆造粒机，经过温度185 °C的高温加热，将原料 在双螺杆挤出机中高温塑化熔融后以螺杆转速40RPM挤出原料；
[0074] ⑤从双螺杆挤出机的原料进入造粒模具后，被分成细条状，并被自动刀片快速切 割成粒径为0.1mm的复合颗粒；
[0075]⑥将复合颗粒放入塑料干燥机中以100°C的温度干燥4小时；
[0076]⑦将复合的颗粒加入到螺杆挤出机，经过首段温度165°C，第二段温度185°C，第三 段温度185°C，第四段温度195°C，第五段温度185°C的分段式高温塑化炮筒塑化溶解，螺杆 转速40RPM挤出原料；
[0077]⑧塑化后的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入口径由大到小不锈钢的锥型的 挤出模具后挤出成型的大理石线条；
[0078]⑨大理-云母石线条进入3米长的25°C的常温冷却水槽，在牵引机的作用下将大 理-云母石线条线径控制在1.75mm精度±0.03丽范围内然后迅速进入到6米长的12°C存有 冷水的水槽中，充分冷却使大理-云母石冷却成型线材；
[0079]⑩大理-云母石进人40厘米长横置的温度控制在60 °C热气矩阵进行第一次吹干， 保证产品的干燥；
[0080] {〇)经过吹干的线材进入牵引卷起，在固定拉力的牵引下得到高精度大小直径稳 定的线材；
[0081] (§)干燥后线径稳定后定性的线材进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出的线材；
[0082] 5|)线材从储线架下来后进入40厘米长横置的常温吹气矩阵进行第二次吹干，保 证线材的充分干燥；
[0083] ?〇)经过第二次吹干的线材经过双向高速激光测径仪全程监控线径的直径，并保 证线材的直径的精度和线材的圆度；
[0084] 经过测径仪的线材进入感应排线器进入卷线机，在卷线机的线盘中自动收卷 成成品。
[0085] 实施例三
[0086]采用10%的大理石和2%的云母石粉末，8%的ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共 聚物)塑料颗粒，4%的乙撑双硬脂酰胺和76%的聚乳酸颗粒通过下列制作工艺制作的产品 是白底黑纹亮色，类似玉白云石，表面有类似云母石较强光泽，外表光滑。具体制备效果如 下
[0087]①将10%的大理石和2%的云母石比例切割成小块状，放入液压岩石破碎磨粉机 内用8小时研磨成900目大小的大理石云母粉；
[0088] ②将大理石云母石粉末放入干燥机内以100°C的温度烘干6小时，使大理石云母石 粉末的含水量降低至0.3% (质量）；
[0089]③将干燥后的大理石云母石粉混合上述其他组成成分后放入塑料搅拌机，充分搅 拌混合6分钟；
[0090] ④将混合好的原料一起加入到双螺杆造粒机，经过温度205 °C的高温加热，将原料 在双螺杆挤出机中高温塑化熔融后以螺杆转速60RPM挤出原料；
[0091] ⑤从双螺杆挤出机的原料进入造粒模具后，被分成细条状，并被自动刀片快速切 割成粒径为0.2mm的复合颗粒；
[0092]⑥将复合颗粒放入塑料干燥机中以95°C的温度干燥4小时；
[0093]⑦将复合的颗粒加入到螺杆挤出机，经过首段温度185°C，第二段温度190°C，第三 段温度195°C，第四段温度205°C，第五段温度195°C的分段式高温塑化炮筒塑化溶解，螺杆 转速60RPM挤出原料；
[0094]⑧塑化后的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入口径由大到小不锈钢的锥型的 挤出模具后挤出成型的大理石线条；
[0095]⑨大理-云母石线条进入3米长的30 °C的常温冷却水槽，在牵引机的作用下将大 理-云母石线条线径控制在1.75mm精度± 0.03MM范围内然后迅速进入到6米长的10 °C存有 冷水的水槽中，充分冷却使大理-云母石冷却成型线材；
[0096]⑩大理-云母石进人40厘米长横置的温度控制在70 °C热气矩阵进行第一次吹干， 保证产品的干燥；
[0097] 经过吹干的线材进入牵引卷起，在固定拉力的牵引下得到高精度大小直径稳 定的线材；
[0098] @干燥后线径稳定后定性的线材进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出的线材；
[0099] @线材从储线架下来后进入40厘米长横置的常温吹气矩阵进行第二次吹干，保 证线材的充分干燥；
[0100] 0经过第二次吹干的线材经过双向高速激光测径仪全程监控线径的直径，并保 证线材的直径的精度和线材的圆度；
[0101] (β)经过测径仪的线材进入感应排线器进入卷线机，在卷线机的线盘中自动收卷 成成品。
[0102] 我们选用了 5段经过5%ABS对PLA进行改性后的大理-云母石线条各1米和5段各1 米普通PLA打印线条在冲击测试机通过摆锤式测试方法得出。增韧剂含量在5%时，增韧效 果一般，冲击强度达到31.9J/m，断裂伸长率相对没有加入增韧剂改性提高了近4倍。
【主权项】
1. 一种用于3D打印的具有大理石-云母石效果的复合耗材，其特征在于其组分及质量 百分含量为： 大理石粉:5%-15%、 云母石粉:5%-15%、 聚乳酸:55%-83 %。2. 根据权利要求1所述的一种用于3D打印的具有大理石-云母石效果的符合耗材，其特 征在于上述组分的质量百分含量为： 大理石粉:5%-15%、 云母石粉:5%-15%、 ABS：5%-10%^ 聚乳酸:55 %-83%、 助塑剂:2%-5%。3. 根据权利要求1所述的一种用于3D打印的具有大理石-云母石效果的符合耗材，其特 征在于上述组分的质量百分含量为： 大理石粉：15%、 云母石粉：15%、 ABS:10%、 聚乳酸:55 %、 助塑剂:5%。4. 根据权利要求1所述的一种用于3D打印的具有大理石-云母石效果的符合耗材，其特 征在于上述组分的质量百分含量为： 大理石粉:5%、 云母石粉：15%、 ABS:5%、 聚乳酸:78 %、 助塑剂:2%。5. 根据权利要求1所述的一种用于3D打印的具有大理石-云母石效果的符合耗材，其特 征在于上述组分的质量百分含量为： 大理石粉：10%、 云母石粉:2%、 ABS:8%、 聚乳酸:76 %、 助塑剂:4%。6. 根据权利要求1至5的任一权利要求所述的一种用于3D打印的具有大理石-云母石效 果的符合耗材，其特征在于上述大理石-云母石粉可选用800目细度到1000目细度。7. 根据权利要求1至5的任一权利要求所述的一种用于3D打印的具有大理石-云母石效 果的符合耗材，其特征在于上述助塑剂具体为乙撑双硬脂酰胺。8. 根据权利要求1至5的任一权利要求所述的用于3D打印的具有大理石-云母石效果的 符合耗材的制备方法，其特征在于制备步骤如下： ① 将大理石和云母石按比例切割成小块状，放入液压岩石破碎磨粉机内研磨成800细 目至1000细目大小的大理石云母粉； ② 将研磨好的大理石云母石粉末放入干燥机内以90°c-100°c的温度烘干5小时以上， 使大理石云母石粉末的含水量降低至0.2%-0.5% ; ③ 将干燥后的大理石云母石粉混合上述其他组成成分后放入塑料搅拌机，充分搅拌混 合4-6分钟； ④ 将混合好的原料一起加入到双螺杆造粒机，经过温度160 °C -210 °C的高温加热，将原 料在双螺杆挤出机中高温塑化熔融后以螺杆转速30-60RPM挤出原料； ⑤ 从双螺杆挤出机的原料进入造粒模具后，被分成细条状，并被自动刀片快速切割成 粒径为0.1 mm-0.2mm的复合颗粒； ⑥ 将复合颗粒放入塑料干燥机中以90 °C-100 °C的温度干燥3-4小时； ⑦ 将复合的颗粒加入到螺杆挤出机，经过首段温度160°C-185°C，第二段温度180°C-195°C，第三段温度185°C_195°C，第四段温度190°C-210°C，第五段温度180°C-205°C的分段 式高温塑化炮筒塑化溶解，螺杆转速30-60RPM挤出原料； ⑧ 塑化后的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入口径由大到小不锈钢的锥型的挤出 模具后挤出成型的大理石-云母石线条； ⑨ 大理石-云母石线条进入3米长的20°C_30°C的常温冷却水槽，在牵引机的作用下将 大理石-云母石线条线径控制在1.75mm精度±0.03MM范围内然后迅速进入到6米长的KTC-15°C存有冷水的水槽中，充分冷却使大理石-云母石冷却成型线材； ⑩ 大理石-云母石线材进人40厘米长横置的温度控制在60°C_80°C热气矩阵进行第一 次吹干，保证线材的干燥； 1IJ〉将经过吹干的线材进入牵引卷起，在固定拉力的牵引下得到高精度大小直径稳定 的线材； '121将干燥后线径稳定后定性的线材进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出的线材； 线材从储线架下来后进入40厘米长横置的常温吹气矩阵进行第二次吹干，保证线材 的充分干燥； 将经过第二次吹干的线材经过双向高速激光测径仪全程监控线径的直径，并保证 线材的直径的精度和线材的圆度。 151经过测径仪的线材进入感应排线器进入卷线机，在卷线机的线盘中自动收卷成成 品。
【文档编号】C08L67/04GK106009562SQ201610347400
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】曾添
【申请人】曾添