一种3D打印PLA耗材及其制备方法.pdf

本发明属于3D打印机领域，提供了一种3D打印PLA耗材及其制备方法，该3D打印PLA耗材按重量百分比由下列原料制成：PLA塑料99.3-99.7％、颜料0.1-0.3％、助剂0.2-0.4％。制备方法如下：按上述的重量百分比称取各个组分，将称取的各个组分混合均匀，得到混合物，将得到的混合物加入双螺杆机，经耦合挤出，得到PLA颜色塑料粒，再将得到的PLA颜色塑料粒加入3D制线机，制备得到3D打印PLA耗材，该3D打印PLA耗材能够达到在不改变PLA塑料环保降解优点的前提下，利用PLA塑料制造出高质量、环保、能自然降解的PLA制品，且该制备方法工序简单、易控、成本低。

权利要求书
1.  一种3D打印PLA耗材，其特征在于，包括如下重量百分比的组份：
PLA塑料           99.3-99.7％
颜料              0.1-0.3％
助剂              0.2-0.4％。

2.  如权利要求1所述的3D打印PLA耗材，其特征在于，所述PLA塑料的 熔点为175～185℃，密度为1.20-1.30kg/L，特性粘数IV为0.2～8dl/g。

3.  如权利要求1所述的3D打印PLA耗材，其特征在于，所述PLA塑料的 重均分子量为40000-200000。

4.  如权利要求1所述的3D打印PLA耗材，其特征在于，所述PLA塑料为 L型聚乳酸或D型聚乳酸，其在190℃/2.16kg条件下熔融指数为5-30g/10min。

5.  如权利要求1所述的3D打印PLA耗材，其特征在于，所述颜料为有机颜 料或无机颜料。

6.  如权利要求1-5任一项所述的3D打印PLA耗材的制备方法，其特征在于， 包括如下步骤：
(1)称取配方组分
按照权利要求1所述3D打印PLA耗材的配方分别称取所述PLA塑料、颜 料及助剂；
(2)制备混合物
将步骤(1)中称取的所述PLA塑料、颜料及助剂放入高速混合机中混合 5-20min，混合均匀，得到混合物；
(3)制备PLA颜色塑料粒
将步骤(2)中得到的所述混合物加入双螺杆挤出机中，经耦合挤出，得到 PLA颜色塑料粒；
(4)制备3D打印PLA耗材
将步骤(3)中得到的所述PLA颜色塑料粒加入3D制线机，制备得到3D 打印PLA耗材。

7.  如权利要求6所述的3D打印PLA耗材制备方法，其特征在于，步骤(3) 中，所述双螺杆挤出机的工艺条件为：挤出温度为200-230℃，双螺杆挤出机的 长径比为40:1～52:1，双螺杆挤出机的转速为300-550rpm。

8.  如权利要求6所述的3D打印PLA耗材制备方法，其特征在于，步骤(4) 中，所述3D打印PLA耗材的截面为圆形，所述3D打印PLA耗材的直径为 1.7-1.8mm。

9.  如权利要求6所述的3D打印PLA耗材制备方法，其特征在于，步骤(4) 中，所述3D打印PLA耗材的截面为圆形，所述3D打印PLA耗材的直径为 2.8-3.0mm。

说明书一种3D打印PLA耗材及其制备方法
技术领域
本发明属于3D打印机领域，尤其涉及一种3D打印PLA耗材及其制备方法。
背景技术
3D打印技术是一种革命性的工业成型技术，原材料经过3D打印机便能直 接成型，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料， 通过逐层打印的方式来构造物体的技术，不需经过模具的制造，节省了模具制 造的时间及成本，随着3D打印技术的迅速发展，其对材料的要求也迅速提高， 现有的3D打印耗材主要PLA塑料(聚乳酸)、ABS、nylon618、PVA等，其中， 由于PLA塑料是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源(如玉米) 所提出的淀粉原料制成，淀粉原料经由发酵过程制成乳酸，再通过化学合成转 换成聚乳酸，其具有良好的生物降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解， 最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境 友好材料，符合美国FDA标准，因此，PLA塑料广泛应用于3D打印材料中， 虽然，PLA塑料在应用中具有较高的拉伸强度、压缩模量，但质硬，韧性较差， 缺乏柔性和弹性，极易弯曲变形，这些缺点都限制了它的应用，为了克服PLA 塑料在应用中存在的缺点，目前市场上的PLA制品，大部分都是对PLA塑料作 改性加工成PLA制品的，都是添加其他树脂共聚，而且添加的树脂共聚占PLA 制品比例颇高，因而影响PLA制品的环保方面及降解性能，失去PLA塑料本身 的优点。
综上所述，如何能够在不改变PLA塑料的性能基础上制造出高质量而且环 保、能自然降解的PLA制品是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种3D打印PLA耗材 及其制备方法，旨在现有技术中为了克服PLA塑料在应用中存在的缺点，对PLA 塑料作改性加工，从而影响PLA制品的环保方面及降解性能的问题。
本发明是这样实现的，一方面，提供了一种高质量、环保、能自然降解的 3D打印PLA耗材，包括如下重量百分比的组份：
PLA塑料       99.3-99.7％
颜料          0.1-0.3％
助剂          0.2-0.4％。
具体地，所述PLA塑料的熔点为175～185℃，密度为1.20-1.30kg/L，特性 粘数IV为0.2～8dl/g。
具体地，所述PLA塑料的重均分子量为40000-200000。
具体地，所述PLA塑料为L型聚乳酸或D型聚乳酸，其在190℃/2.16kg条 件下熔融指数为5-30g/10min。
具体地，所述颜料为有机颜料或无机颜料。
另一方面，提供了一种3D打印PLA耗材制备方法，包括以下步骤：
(1)称取配方组分
按照权利要求1所述3D打印PLA耗材的配方分别称取所述PLA塑料、颜 料及助剂；
(2)制备混合物
将步骤(1)中称取的所述PLA塑料、颜料及助剂放入高速混合机中混合 5-20min，混合均匀，得到混合物；
(3)制备PLA颜色塑料粒
将步骤(2)中得到的混合物加入双螺杆挤出机中，经耦合挤出，得到PLA 颜色塑料粒；
(4)制备3D打印PLA耗材
将步骤(3)中得到的PLA颜色塑料粒加入3D制线机，制备得到3D打印 PLA耗材。
具体地，步骤(3)中，所述双螺杆挤出机的工艺条件为：挤出温度为 200-230℃，双螺杆挤出机的长径比为40:1～52:1，双螺杆挤出机的转速为 300-550rpm。
具体地，步骤(4)中，所述3D打印PLA耗材的截面为圆形，所述3D打 印PLA耗材的直径为1.7-1.8mm。
具体地，步骤(4)中，所述3D打印PLA耗材的截面为圆形，所述3D打 印PLA耗材的直径为2.8-3.0mm。
本发明的有益效果为：本发明3D打印PLA耗材，采用以PLA塑料为主体， 再加上少量的环保颜料及助剂，经过双螺杆挤出机偶合挤出，做成PLA颜色粒， 然后再经过3D制线机挤出得到3D打印PLA耗材，该3D打印PLA耗材能够 在不改变PLA塑料环保降解优点的前提下，利用PLA塑料制造出高质量、环保、 能自然降解的PLA制品，该3D打印PLA耗材具备生物可降解性，对环境更加 友好，符合目前材料的发展方向，且该制备方法工序简单、易控、成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附 图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这 些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的3D打印PLA耗材制备方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述。
本发明实施例提供一种3D打印PLA耗材，包括如下重量百分比的组份：
PLA塑料       99.3-99.7％
颜料          0.1-0.3％
助剂          0.2-0.4％。
具体地，上述PLA塑料是由粟米谷物提炼而成，质硬、强度及刚度高，表 面光亮，平顺度很好，加工无气味，符合美国FDA认证，可自然降解，打印时 不卷曲，不翘边，其熔点为175～185℃，密度为1.20-1.30kg/L，特性粘数IV 为0.2～8dl/g，作为优选实施例，PLA可购置于美国Nature Works公司生成的 PLA，在具体实施例中，该PLA塑料的质量百分含量可以是99.3％、99.4％、99.5％、 99.6％、99.7％等具体组分。
上述PLA塑料(聚乳酸)的重均分子量为40000-200000。
上述聚乳酸为L型聚乳酸或D型聚乳酸，其在190℃/2.16kg条件下熔融指 数为5-30g/10min，具体熔融指数可以按照ASTM D1238标准。
上述颜料为有机颜料或无机颜料，其中，有机颜料有：酞菁红、酞菁蓝、 酞菁绿、耐晒大红、大分子红、大分子黄、等，常用的无机颜料有：钛白粉、 炭黑、钛黄及群青等，通过添加一定量的不同颜料，使得制成的3D打印耗材的 颜色有大红、橙色、黄色、绿色、天蓝、紫色、灰色、黑色、白色、PLA原色、 粉红、配Pantone色，并且该3D打印耗材颜色分布均匀，适合打印各类大小模 型，在具体实施例中，该颜料的质量百分含量可以是0.1％、0.2％、0.3％等具体 组分。
上述助剂起到润滑及增加耐温及硬度作用，在具体实施例中，该助剂的质 量百分含量可以是0.2％、0.3％、0.4％等具体组分。
相应地，本发明实施例提供了一种3D打印PLA耗材制备方法，该制备方 法流程图如图1所示，该制备方法包括如下步骤：
(1)称取配方组分
按照上述3D打印PLA耗材的配方分别称取所述PLA塑料、颜料及助剂；
(2)制备混合物
将步骤(1)中称取的PLA塑料、颜料及助剂放入高速混合机中混合5-20min， 混合均匀，得到混合物；
(3)制备PLA颜色塑料粒
将步骤(2)中得到的混合物加入双螺杆挤出机中，经耦合挤出，得到PLA 颜色塑料粒；
(4)制备3D打印PLA耗材
将步骤(3)中得到的PLA颜色塑料粒加入3D制线机，制备得到3D打印 PLA耗材。
具体地，步骤(3)中，所述双螺杆挤出机的工艺条件为：挤出温度为 200-230℃，双螺杆挤出机的长径比为40:1～52:1，双螺杆挤出机的转速为 300-550rpm，随着温度的提高，塑料的塑化优良，打印出来的制品强度更好。
具体地，步骤(4)中，3D打印PLA耗材的截面为圆形，3D打印PLA耗 材的直径为1.7-1.8mm，优选为1.75mm。
具体地，步骤(4)中，3D打印PLA耗材的截面为圆形，3D打印PLA耗 材的直径为2.8-3.0mm，优选为3mm。
本发明3D打印PLA耗材制备方法，操作简单，成本低廉，非常适于工业 化生产，通过采用以PLA塑料为主体，再加上少量的环保颜料及助剂，经过双 螺杆挤出机偶合挤出，做成PLA颜色粒，然后再经过3D制线机挤出，得到3D 打印PLA耗材，该3D打印PLA耗材能够达到在不改变PLA塑料环保降解优点 的前提下，利用PLA塑料制造出高质量、环保、能自然降解的PLA制品，且该 制备方法工序简单、易控、成本低。
下面结合具体的实施例对本发明做一详细的阐述。
实施例1
该实施例的3D打印PLA耗材，按重量百分比，由以下组分组成：
PLA塑料99.5％、颜料0.2％、助剂0.3％。
其制备方法如下：
(1)按上述的重量百分比称取各个组分；
(2)将步骤(1)中称取的PLA塑料、颜料、助剂放入高速混合机中混合 5-20min，混合均匀，得到混合物；
(3)将步骤(2)中得到的混合物加入双螺杆挤出机中，经耦合挤出，得 到PLA颜色塑料粒，双螺杆挤出机的工艺条件为：挤出温度为200-230℃，双 螺杆挤出机的长径比为40:1～52:1，双螺杆挤出机的转速为300-550rpm；
(4)将步骤(3)中得到的PLA颜色塑料粒加入3D制线机，制备得到3D 打印PLA耗材。
实施例2
该实施例的3D打印PLA耗材，按重量百分比，由以下组分组成：
PLA塑料99.4％、颜料0.3％、助剂0.3％。
其制备方法如下：
(1)按上述的重量百分比称取各个组分；
(2)将步骤(1)中称取的PLA塑料、颜料、助剂放入高速混合机中混合 5-20min，混合均匀，得到混合物；
(3)将步骤(2)中得到的混合物加入双螺杆挤出机中，经耦合挤出，得 到PLA颜色塑料粒，双螺杆挤出机的工艺条件为：挤出温度为200-230℃，双 螺杆挤出机的长径比为40:1～52:1，双螺杆挤出机的转速为300-550rpm；
(4)将步骤(3)中得到的PLA颜色塑料粒加入3D制线机，制备得到3D 打印PLA耗材。
实施例3
该实施例的3D打印PLA耗材，按重量百分比，由以下组分组成：
PLA塑料99.3％、颜料0.3％、助剂0.4％。
其制备方法如下：
(1)按上述的重量百分比称取各个组分；
(2)将步骤(1)中称取的PLA塑料、颜料、助剂放入高速混合机中混合 5-20min，混合均匀，得到混合物；
(3)将步骤(2)中得到的混合物加入双螺杆挤出机中，经耦合挤出，得 到PLA颜色塑料粒，双螺杆挤出机的工艺条件为：挤出温度为200-230℃，双 螺杆挤出机的长径比为40:1～52:1，双螺杆挤出机的转速为300-550rpm；
(4)将步骤(3)中得到的PLA颜色塑料粒加入3D制线机，制备得到3D 打印PLA耗材。
实施例4
该实施例的3D打印PLA耗材，按重量百分比，由以下组分组成：
PLA塑料99.6％、颜料0.2％、助剂0.2％。
其制备方法如下：
(1)按上述的重量百分比称取各个组分；
(2)将步骤(1)中称取的PLA塑料、颜料、助剂放入高速混合机中混合 5-20min，混合均匀，得到混合物；
(3)将步骤(2)中得到的混合物加入双螺杆挤出机中，经耦合挤出，得 到PLA颜色塑料粒，双螺杆挤出机的工艺条件为：挤出温度为200-230℃，双 螺杆挤出机的长径比为40:1～52:1，双螺杆挤出机的转速为300-550rpm；
(4)将步骤(3)中得到的PLA颜色塑料粒加入3D制线机，制备得到3D 打印PLA耗材。
实施例5
该实施例的3D打印PLA耗材，按重量百分比，由以下组分组成：
PLA塑料99.7％、颜料0.1％、助剂0.2％。
其制备方法如下：
(1)按上述的重量百分比称取各个组分；
(2)将步骤(1)中称取的PLA塑料、颜料、助剂放入高速混合机中混合 5-20min，混合均匀，得到混合物；
(3)将步骤(2)中得到的混合物加入双螺杆挤出机中，经耦合挤出，得 到PLA颜色塑料粒，双螺杆挤出机的工艺条件为：挤出温度为200-230℃，双 螺杆挤出机的长径比为40:1～52:1，双螺杆挤出机的转速为300-550rpm；
(4)将步骤(3)中得到的PLA颜色塑料粒加入3D制线机，制备得到3D 打印PLA耗材。
通过以上实施例可以发现本发明3D打印PLA耗材能够达到在不改变PLA 塑料环保降解优点的前提下，利用PLA塑料制造出高质量、环保、能自然降解 的PLA制品，可广泛应用于3D打印机上，且该制备方法工序简单、易控、成 本低。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这 些改进和润饰也视为本发明的保护范围图。