由于PCL的熔点在60℃左右,将制备好多PCL线材,在wiiboox One型3D打印机分别在90℃、110℃、130℃、150℃、170℃、190°C、210℃,40mm/min的速度进行打印。结果发现,190°C以下,3D打印过程中,喷头升温到达预定温度后,才打印几分钟,喷头不再吐丝,而且电机出现响声。打印温度越高,喷头吐丝的时间越长。将进料口拆开后发现,原因是线材缠绕在进料齿轮上,卡主齿轮,导致喷头无法吐丝。由于喷头内部熔体的挤出压力过高,打印线材自身弯曲缠绕。
而在190°C和210°C打印时,开始PCL线材能够顺利打印样品的底部结构,随着打印的进行,喷头吐出的丝材,逐渐跟随喷头移动,不再指定的位置凝固,导致打印出的样品出现较多缺陷,而且样品边缘粗糙,尺寸精度特别差。
为了分析纯PCL在3D打印时出现上述问题的原因,对PCL材料做了热性能和流变性能分析,用wiiboox 3D打印机自带的PLA线材做对比。为了研究PCL和PLA的流变性能,采用毛细管流变仪和熔融速率测试仪进行测试分析,分析PCL、PLA2种材料之间流动性差异。采用Marven2000型毛细管流变仪测试材料的熔体粘度随剪切速率的变化曲线,剪切速率范围200s-1~5000s-1,取测试8个点,PCL和PLA测试温度190°C,测试模式采用单筒测量。
采用XNR400B型熔融速率测试仪测试PCL和PLA的熔体流动速率,测试条件如下:PCL和PLA测试温度为190℃,测量间隔30s,每个样品测5次挤出熔体的质量,取平均值后转换成lOmin的质量馆体流动速率值。
采用Waters Breeze2型GPC测试PCL和PLA打印耗材的分子量,采用四氢呋喃(THF)相色谱柱,进样体积50uL,运行时间20min。PCL和PLA分别溶于THF中配成3mg/mL的溶液进行测量。
采用差示扫描量热仪对3D打印耗材的玻璃化转变温度、熔点和结晶温度,测试在氮气气氛中进行,升降温速率均为10°C/min,先从室温升温到200℃消除热历史,保温3min后降温到-100℃,保温3min,然后升到200℃。
采用热重分析仪测试3D打印耗材的热分解性能,测试在空气气氛(20ml/min)中进行,从30°C升温到600℃,升温速率为10°C/min。
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