3D打印的线材材料一直是制约FDM技术发展的主要因素

熔融沉积成型(FDM)技术是以热塑性单丝为线材通过热喷嘴挤出成型的三维打印技术，具有操作简便、成本低、可靠性高等优点。然而，可打印的线材材料一直是制约FDM技术发展的主要因素。目前，聚乳酸(PLA)线材是应用最为普遍的FDM 3D打印生物降解材料。但是纯PLA材料脆性大，其3D打印制品收缩率偏大，无法满足许多实际应用的要求。因此本文采用PCL共混增韧PLA以制备新型PLA线材。为解决PLA与PCL之间的相容性问题，选用乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)作为两相增容剂，着重研究了PCL含量、ATBC含量和挤出工艺对线材的制备与性能，以及打印工艺对线材打印制品性能的影响。具体研究内容如下：

采用桌面型挤出机制备FDM 3D打印PLA线材，研究挤出温度和螺杆转速对线材直径、密度和拉伸强度的影响。采用FDM 3D打印机测试合格PLA线材的打印性能，研究打印层高、打印温度、打印速度对打印部件的影响。研究结果表明，在挤出温度为190-195℃、螺杆转速为2-5rpm的条件下，可以获得合格的PLA线材；打印厚度为0.1mm、挤出机温度为220℃、挤出速度为60mm/s时，打印部件的质量最优异，相对尺寸误差为0.011±0.005，表面粗糙度为5.2±0.6um，密度为1.16±0.07g/cm3，拉伸强度可达51.7±1.1MPa。PLA线材的打印参数为进一步研究共混线材的打印制品参数提供实验依据。
以PLA与PCL为原料，制备了可完全生物降解的PLA/PCL共混物作为新型3D打印线材。通过桌面型挤出机和FDM 3D打印机分别制备共混线材和试样。系统地研究了PCL含量对新型共混线材的直径、密度、表面粗糙度、拉伸强度的影响以及对共混物相容性、吸水性、亲水性、流变性和力学性能的影响。研究结果表明，当PCL含量为0~40%时，随着PCL含量地增加，共混物线材的直径、密度、拉伸强度以及共混试样的吸水率逐渐地减少，而共混物线材的表面粗糙度与共混物试样的水接触角逐渐地增大；共混物的复合粘度、动态储能模量与损耗模量随着PCL含量地增加先减小后增大，且当PCL含量为30%时，共混物的复合粘度，动态储能模量与损耗模量达到最大值。另外，纯PLA的复合粘度，动态储能模量与损耗模量比共混物的大；当PCL含量为0~40%的范围内，随着PCL含量地增加，不相容体系的共混物试样的拉伸强度逐渐地减小，而断裂伸长率与冲击强度逐渐地增大，且当PCL含量为40%时，共混试样的断裂伸长率与冲击强度较纯PLA分别提高了478%、197%。
以ATBC为两相增容剂，制备了增容型可完全生物降解的PLA/PCL/ATBC新型3D打印线材，并通过桌面型挤出机和FDM 3D打印机分别制备共混线材和试样，系统研究了ATBC含量对所得共混线材直径、表面粗糙度和拉伸强度以及对共混物相容性、吸水性和力学性能的影响。研究结果表明，随着ATBC含量增加，共混物线材的直径、表面粗糙度、拉伸强度逐渐变小，相容性得到改善；随着ATBC地加入，共混试样的吸水率降低，拉伸强度降低，而冲击性能得到提高。当ATBC相对PLA/PCL共混物的用量为6%时，PLA/PCL共混物线材的3D打印制品的断裂伸长率可达94.6%，其冲击强度可达10.5KJ/m2，较未添加ATBC时提高了61.5%。

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更新时间: 2019-11-28 13:53:19 查看次数: 678