提高塑料快速成型件强度的方法及生产专用线材的设备的制造方法_2

文档序号:9820742阅读:来源:国知局
现有技术相比,具有操作简便、质量稳定、成本低的优点。同时,本方法不但能在丝材边界区域产生热点从而提高工件层间的强度,而且石墨烯的添加也可使丝材表面区域的塑料强度有明显上升,即在工件内部形成一个具有较高强度的骨架,使工件整体强度也有较大提高,因而具有更佳的效果。
[0014](2)相对碳纳米管、短碳纤维等其他同样具备微波吸收特性的材料,采用石墨烯微片作为添加材料具有更优异的微波吸收性,效果更好,且成本也低。
[0015](3)利用超声波振动保持石墨烯液分散的稳定性,无需加入有机溶剂作为分散剂,可避免常用作石墨烯分散剂的有机溶剂如二甲基甲酰胺(DMF)、单烯基丁酰亚胺(T151)、油酸(0A)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等对塑料线材、环境以及操作者带来的不良影响。
【附图说明】
[0016]图1是本发明生产表面粘附石墨烯微片的3D打印专用线材的设备结构示意图;
图2是本发明所用方法的说明图。
[0017]图中:!一塑料挤出机,2一专用线材,3一冷却槽,4一石墨烯分散液,5—超声波分散器,6—潜水栗,7—牵引轮组,8—导向轮,9一机架,10—收卷机,11 一丝材表面热点区域,12—纵向丝材,13—横向丝材。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是,对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明,但并不构成对本发明的限定。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
[0019]实施例一
用该方法制作汽车后视镜外壳快速成型件,其材料为ABS,轮廓尺寸220mm X 200 mmX80 mm,最小壁厚2.5mm。
[0020]其是一种提高塑料快速成型件强度的方法,包括如下步骤:
步骤一制备表面粘附石墨烯微片的塑料线材
用塑料挤出机I将ABS塑料颗粒挤出成为直径为1.75±0.03mm的3D打印机专用线材2,所述专用线材2适用于熔融沉积成型工艺(FDM);将刚挤出的仍未固化的热态的专用线材2通过冷却槽3冷却及定型,在冷却槽3内装有石墨稀分散液4,专用线材2通过冷却槽3后表面粘附了石墨烯微片;待粘附石墨烯微片的专用线材2表面的水分蒸发干后用收卷机10收卷;在制备专用线材2时,让刚挤出的还未凝固的热态专用线材2通过冷却槽来粘附石墨烯,以达到良好的表面粘附效果,同时也有利于离开冷却槽3后的专用线材2表面的水分尽快蒸发掉;
步骤二制作快速成型件
用熔融沉积工艺3D打印机制作快速成型件,打印材料用步骤一制作的表面粘附石墨烯微片的专用线材2;快速成型件制作好后拆除支撑,清理表面;
步骤三微波处理
将步骤二制作的快速成型件放入微波炉中进行微波照射处理,微波频率为915MHz,微波照射时间为2.5分钟;微波照射时间可根据体积及厚度来确定,在0.2?5分钟时间范围内,体积及厚度大的快速成型件照射时间长,体积小及厚度薄的快速成型件照射时间短;步骤四保温与冷却
将步骤三处理过的快速成型件放入保温箱,保温箱的温度控制在65 ± 5°C,放置10分钟至15分钟,待内部热点缓慢冷却后取出,得到所需的塑料快速成型件。
[0021]在本实施例中,所述石墨烯分散液4包括石墨烯粉体及电导率为0.3?0.5yS/cm的去离子水,在石墨烯分散液4中石墨烯粉体0.05%,它们为质量百分比,石墨烯粉体的颗粒横向尺寸为0.5?5微米;制备时将石墨烯粉体加入去离子水中,在室温下用超声波分散器5超声乳化15分钟,得到石墨烯分散液4,在线材处理过程中保持超声波分散器5开启。
[0022]在本实施例中,为了更好地使专用线材通过冷却槽中的石墨烯分散液4,在所述冷却槽3内设有上冷却槽31,在上冷却槽31中装有石墨烯分散液4,所述专用线材2通过上冷却槽31冷却及定型;在冷却槽3内设有潜水栗6,所述潜水栗6的入口与冷却槽3的底部连通,潜水栗6的出口与上冷却槽31连通,从而将冷却槽3中的石墨烯分散液4抽到上冷却槽31中,并使上冷却槽31中的石墨烯分散液4的液面高过专用线材2的顶部;石墨烯分散液4抽满后从上冷却槽31左右两侧专用线材2过线缺口处溢出流回冷却槽3下部形成循环,从而使上冷却槽31中的石墨烯分散液4温度保持稳定。
[0023]由于石墨烯微片41具有良好的微波吸收特性,将石墨烯微片均匀粘附在熔融沉积快速成型工艺所用的专用线材2的表面,用这种专用线材2打印工件,打印后石墨烯微片主要分布在快速成型件中丝材与丝材交界的区域,然后将打印好的快速成型件置于微波炉中进行微波照射处理,石墨烯微片吸收微波的能量后,形成热点区域11,如图2所示,使石墨烯微片周围纵向丝材12及横向丝材13的局部塑料熔化,从而使相邻丝材的界面区域能重新融合形成强度更好的组织;由于热点区域主要集中在丝材表面区域,而距离石墨烯微片较远的丝材中心区域温度上升较少,因此工件不会出现整体熔化。
[0024]实施例二用该方法制作电吹风外壳快速成型件,其材料为PLA,轮廓尺寸180mmX 160 mmX 90mm,最小壁厚2mm。
[0025]其是一种提高塑料快速成型件强度的方法,包括如下步骤:
步骤一制备表面粘附石墨烯微片的塑料线材用塑料挤出机I将PLA塑料颗粒挤出成为直径为3±0.05mm mm的3D打印机专用线材2,所述专用线材2适用于熔融沉积成型工艺(FDM);将刚挤出的仍未固化的热态的专用线材2通过冷却槽3冷却及定型,在冷却槽3内装有石墨稀分散液4,专用线材2通过冷却槽3后表面粘附了石墨烯微片;待附有石墨烯微片的专用线材2表面的水分蒸发干后用收卷机10收卷;步骤二制作快速成型件
用熔融沉积工艺3D打印机制作快速成型件,打印材料用步骤一制作的表面粘附石墨烯微片的专用线材2;快速成型件制作好后拆除支撑,清理表面;
步骤三微波处理
将步骤二制作的快速成型件放入微波炉中进行微波照射处理,微波频率为915MHz,微波照射时间为2分钟;
步骤四保温与冷却
将步骤三处理过的快速成型件放入烤箱内,烤箱的温度控制在65±5°C,放置20分钟,待内部热点缓慢冷却后取出,得到所需的塑料快速成型件。
[0026]在本实施例中,所述石墨烯分散液4包括石墨烯粉体及电导率为0.2?0.4yS/cm的去离子水,在石墨烯分散液4中石墨烯粉体占0.04%,它们为质量百分比,所述石墨烯粉体的颗粒横向尺寸为0.5?5微米;制备时将石墨烯粉体加入去离子水中,在室温下用超声波分散器5超声乳化20分钟,得到石墨烯分散液4,在线材处理过程中保持超声波分散器5开启。
[0027]在本实施例中,为了更好地使专用线材2通过冷却槽中的石墨烯分散液4,在所述冷却槽3内设有上冷却槽31,在上冷却槽31中装有石墨烯分散液4,所述专用线材2通过上冷却槽31冷却及定型;在冷却槽3内设有潜水栗6,所述潜水栗6的入口与冷却槽3的底部连通,潜水栗6的出口与上冷却槽31连通,从而将冷却槽3中的石墨烯分散液4抽到上冷却槽31中,并使上冷却槽31中的石墨烯分散液4的液面高过专用线材2的顶部;石墨烯分散液4抽满后从上冷却槽31左右两侧专用线材2过线缺口处溢出流回冷却槽3下部形成循环,从而使上冷却槽31中的石墨烯分散液4温度保持稳定。
[0028]如图1所示,其是一种生产表面粘附石墨烯微片的3D
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