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FDM型3D打印材料的用途介绍

更新时间: 2019-12-25 14:31:20  查看次数: 390    

FDM材料要满足以下要求:①材料必须具有热塑性;②基于FDM的工作原理,喷嘴处加热熔融的打印耗材,需要通过未熔融耗材自身的压力挤出,所以要求材料具有较低的粘度和较高的机械强度(刚度、强度和韧性);③相对低的玻璃化温度和炫融媪度。目前可用于FDM的原料的材料包括热塑性聚酯基弹性体,丙烯酸-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS),聚乳酸(PLA),聚碳酸酯(PC)和聚苯砜(PPSF)以及铁粒子/尼龙、纤维增强ABS等复合材料。作为FDM最常用的打印耗材之一,ABS不仅具有良好的力学性能,还具有优良的耐化学腐蚀性能、耐磨性、易挤出性、良好的成型加工性和电绝缘性能,而广泛应用于FDM系统。但是,ABS耐低温性能,遇冷收缩率大,导致制品易发生翘曲和收缩变形;此外ABS热稳定性也较差,当打印温度超过230℃时,就会造成ABS的部分分解,产生异味,污染环境。PLA是一种环境友好型的热塑性塑料,具有良好的力学性能、热稳定性、生物相容性和可降解性,在自然环境下可降解为CO2和H20,对人体无任何毒害作用,但是PLA韧性差,成型制品易碎,不能满足FDM对材料的各种要求。虽然研究者们在打印材料上的研究已经取得了一定的进展,但其性能依然不能满足FDM对材料的各种要求,也不能制造出功能齐全的零件,限制了FDM和其它快速成型技术的应用。因此合成新的具有高强度的热塑性塑料和对现有的热塑性塑料的性能进行改性成为研究热点。


专利CN103W0674A提供了一种通过控制喷射混合过程中聚酯齐聚物烙体和无机物流量的方法,制备出高无机物含量的无机物/聚酯复合材料,但是两者相容性不好,无机物分散不均。专利CN103980672A公开了一种利用芳香族聚碳酸酷和芳香族聚酯进行共混改性提高其抗冲击性能,再用电子束福照使其发生一定程度的交联的方法,但是方法复杂,成本较高。专利CN103980674A公开了一种含无机物的聚酯复合材料,但两者相容性不佳,聚合物烙体粘度大。专利CN1170418A公开了一种科生物降解的共聚酯,它是将脂肪族二元酸与脂肪族二元醇先进行酷化并预聚,然后再与芳香族二元酸的醋衍生物、脂肪族二元醇混合进行酷交换,完成后缩聚得到共聚酯,但是所得聚酯拉伸强度在27MPa左右,比较低,耐热性能差热变形温度在70度左右,也比较低。


成都新柯力科技有限公司利用低温粉碎混合反应技术对PLA进行改性,使其抗冲击强度有了很大提高,并且打印过程流畅,制品表面光滑,且成型收缩率小。M.L.Shofner等人用丙稀腈-丁二烯-苯乙稀(ABS)和气相生长碳纤维通过挤出混合机混合制备出用于FDM的复合材料,由于材料刚度的提高,使得在相同的加工条件下,气相生长碳纤维填充的ABS挤出胀大现象小于纯的ABS,气相生长碳纤维填充的ABS的拉伸强度和模量比纯的ABS平均分别增长39%和60%,从动态力学分析测得的储能模量表明,刚度增加68%。


美国罗格斯大学已在开发用于熔融沉积成型方面的陶瓷(FDC)和金属材料的进行了大量的研究工作,他们用各种陶瓷和金属材料来制造功能组件,如硝酸硅,PZT,氧化铅,羟基磷灰石,各种结构的不锈钢,电子陶瓷和生物陶瓷。他们在FDM系统中使用陶瓷粉末与有机粘合剂复合体系来制造组件。该混合原料长丝具有一定的柔韧性,刚度和粘度,并且成功的用于FDM过程。但是所制作的零件需要进行进一步的处理,以除去有机粘合剂,并进行烧结处理,实现致密化。


弗吉尼亚理工大学的研究人员,已经开发出一种新型高性能的ABS和热致性液晶聚合物纤维的热塑性复合材料,并成功用于FDM系统来制造零件。这种材料的拉伸模量和强度分别大约是纯ABS的四倍。因此,用这些材料制造的模型将具有比用ABS制造的模型具有更强大的性能。


S.H.Masood等人开发了一种新的用于熔融沉积成型的铁粒子/尼龙复合材料,并且该材料可以应用于快速模具直接制造。由该材料制成的原料丝已经成功用于FDM系统,高质量的塑料零件已经由注射成型制得。这项研究展现了快速模具制造在降低成本和时间上的重大发展。


PTT不仅集良好的可加工性、机械性、热塑性、延伸性、高弹性、尺寸稳定性、耐污性、和染色性等性能于一体,优于PET(涤纶)、PA6(锦纶6),还有优异的舒适感、柔软感和易染色性;另外它能抵抗紫外线、臭氧和氮氧化物的破坏作用。所以PTT不仅可以用于纺织纤维,还可广泛用于工程塑料、薄膜等领域虽然PTT性能优异,应用领域广泛,但是其熔点过高,限制了其在3D打印领域的应用,因此未曾出现过其在30打印领域应用的报道。


综上所述,以上3D打印材料都是通过共混改性获得的,可能存在共混造成的相容性问题,而通过直接共聚的方法制备共聚酯材料,制备工艺简单,降低了成本,并且能有效避免因共混带来的相容性问题。



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