阅读说明：本技术 一种高性能抗形变3d打印材料及其制备方法 (High-performance anti-deformation 3D printing material and preparation method thereof ) 是由 聂健良 董先明 刘功云 谷文亮 周武艺 肖海军 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高性能抗形变3D打印材料,包括以下重量份原料1份丙烯酸乳液和20～200无机化合物粉末；将丙烯酸乳液和无机化合物粉末通过混合装置进行搅拌混合,混合均匀的原料进入到干燥装置内,首先经过第一导料管落入到转筒内,离心干燥的原料进入到运输装置内,首先离心干燥的原料落入到传送带上,并经过传送带运输,在对原料进行运输中,对传送带上的原料进行加热,使得残留的母液从冷凝器连接管进入到冷凝器内,运输到运输箱顶部的原料落入到粉碎装置内；通过齿轮和传动轴带动两组的粉碎辊进行转动,对原料进行粉碎,便得到3D打印材料；本发明具有无机化合物的高结构强度抗形变的作用和有机聚合物的高柔韧性能,制备工艺效率高的优点。(The invention discloses a high-performance anti-deformation 3D printing material which comprises the following raw materials, by weight, 1 part of acrylic emulsion and 20-200 parts of inorganic compound powder; stirring and mixing acrylic emulsion and inorganic compound powder through a mixing device, feeding the uniformly mixed raw materials into a drying device, firstly dropping the raw materials into a rotary drum through a first material guide pipe, feeding the centrifugally dried raw materials into a conveying device, firstly dropping the centrifugally dried raw materials onto a conveying belt, conveying the raw materials through the conveying belt, heating the raw materials on the conveying belt during conveying the raw materials, so that the residual mother liquor enters a condenser from a condenser connecting pipe, and the raw materials conveyed to the top of a conveying box fall into a crushing device; the two groups of crushing rollers are driven to rotate through the gears and the transmission shafts, and the raw materials are crushed to obtain a 3D printing material; the invention has the advantages of high structural strength and deformation resistance of inorganic compounds, high flexibility of organic polymers and high preparation process efficiency.)

一种高性能抗形变3D打印材料及其制备方法

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，涉及一种3D打印材料及其制备方法，具体为一种高性能抗形变3D打印材料及其制备方法。

背景技术

3D打印技术以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制造实体。

现有技术中，3D打印材料目前主要使用的是以石膏、光敏树脂、塑料原料，它们存在打印精度差、实体成品强度不足、打印速度缓慢等缺陷，很难满足现代工业应用；同时，3D打印材料在制备生产过程中，对3D打印原料进行搅拌混合时，通常采用一组搅拌轴配置搅拌叶的方式对混合罐内的原料进行混合，而这种搅拌方式存在着搅拌效率比较低，花费较长的搅拌时间才能使得原料充分混合，大大降低了3D打印原料混合的效率，以及延长3D打印原料制备的周期；及其后续生产周期比较长，工艺复杂，使得3D打印原料制备效率比较低下的问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决现有技术中，3D打印材料目前主要使用的是以石膏、光敏树脂、塑料原料，它们存在打印精度差、实体成品强度不足、打印速度缓慢等缺陷，很难满足现代工业应用；同时，3D打印材料在制备生产过程中，对3D打印原料进行搅拌混合时，通常采用一组搅拌轴配置搅拌叶的方式对混合罐内的原料进行混合，而这种搅拌方式存在着搅拌效率比较低，花费较长的搅拌时间才能使得原料充分混合，大大降低了3D打印原料混合的效率，以及延长3D打印原料制备的周期；及其后续生产周期比较长，工艺复杂，使得3D打印原料制备效率比较低下的问题，而提出一种高性能抗形变3D打印材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高性能抗形变3D打印材料，包括以下重量份原料1份丙烯酸乳液和20～200份无机化合物粉末；

其中，丙烯酸乳液按照重量份数，由40～90份硬单体、10～60份软单体、5～10份含羧基单体、1～3份乳化剂、0.2～1份引发剂组成。

一种高性能抗形变3D打印材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将丙烯酸乳液和无机化合物粉末通过混合装置进行搅拌混合，首先将丙烯酸乳液和无机化合物粉末通过加料漏斗添加到混合罐内，然后，启动第一电机工作，带动搅拌轴转动，搅拌轴转动带动搅拌桨转动，使得对混合罐内中部的原料进行混合，同时，搅拌轴转动带动主动锥齿轮转动，主动锥齿轮通过两组的传动锥齿轮带动从动锥齿轮转动，从动锥齿轮通过套管带动连杆上的搅拌框进行转动，使得搅拌框对混合罐内边缘的原料进行混合；

S2、混合均匀的原料进入到干燥装置内，首先经过第一导料管落入到转筒内，同时，启动第二电机工作，通过主动皮带轮、皮带和从动皮带轮之间的传动作用，带动转筒转动，对经过转筒内的原料进行离心干燥，母液从管体上的母液排出口流出；

S3、离心干燥的原料进入到运输装置内，首先离心干燥的原料落入到传送带上，并经过传送带运输，在对原料进行运输中，通过热源进管和热源出管对加热箱加热，从而对传送带上的原料进行加热，使得残留的母液从冷凝器连接管进入到冷凝器内，运输到运输箱顶部的原料落入到粉碎装置内；通过启动第四电机，通过齿轮和传动轴带动两组的粉碎辊进行转动，对原料进行粉碎，从而粉碎后的原料从出料管排出，便得到3D打印材料。

优选的，混合装置通过第一导料管与干燥装置连接，干燥装置通过第二导料管与运输装置的上料端连接，运输装置的出料端与粉碎装置连接。

优选的，混合装置包括第一电机、混合罐、转筒、连杆、搅拌框、搅拌轴、搅拌桨、传动箱，混合罐的顶面上设置有加料漏斗，且混合罐的顶面中部设置有第一电机，第一电机的输出端与搅拌轴连接，搅拌轴的另一端延伸至混合罐的内部，并与混合罐转动连接，混合罐的内部顶面设置有传动箱，传动箱内设置有传动机构；

搅拌轴穿过传动箱，并与传动箱转动连接，传动机构包括主动锥齿轮、传动锥齿轮、从动锥齿轮，搅拌轴的外壁上分别套设有主动锥齿轮和从动锥齿轮，主动锥齿轮位于从动锥齿轮的正上方，主动锥齿轮之间设置传动锥齿轮，传动锥齿轮对称设置有两组，两组的传动锥齿轮转动安装在传动箱的内壁上，且传动锥齿轮分别与主动锥齿轮和从动锥齿轮啮合连接；

搅拌轴的底部外壁上设置有搅拌桨，从动锥齿轮的底部设置有套管，套管穿过传动箱的底面，并与传动箱转动连接，套管套设在搅拌轴的外壁上，并与搅拌轴转动连接，套管的外壁两侧分别水平设置有连杆，连杆远离套管的一端设置有搅拌框。

优选的，搅拌框为方向框，混合罐的底部设置有出料口，并与第一导料管的进料管连接，第一导料管与干燥装置连接；

干燥装置包括管体、套管、第二电机、主动皮带轮、皮带、从动皮带轮，转筒的外壁上套设有管体，并与管体转动连接，转筒的进料端与第一导料管的出料端转动连接，且转筒进料端的外壁上套设有从动皮带轮，管体的外壁上设置有第二电机，第二电机的输出端与主动皮带轮连接，主动皮带轮通过皮带与从动皮带轮传动连接，转筒的出料端与第二导料管的进料端转动连接。

优选的，转筒的侧壁上均匀设置有多组的滤孔，管体和转筒倾斜设置，且管体靠近运输装置的底部设置有母液排出口。

优选的，第二导料管的出料端位于运输装置上料端的上方，运输装置包括运输箱、冷凝器连接管、第三电机、热源出管、挡板、传送带、主动传送轴、从动传送轴、热源进管、出料管，运输箱的一侧水平设置，另一侧倾斜设置，运输箱的水平部顶面上设置有进料口，运输箱水平部的外壁上设置有第三电机，第三电机的输出端与主动传送轴连接，运输箱倾斜部的一端设置有从动传送轴，主动传送轴通过传送带与从动传送轴连接，传送带上等间距设置有多组的挡板。

优选的，运输箱的倾斜部上等间距设置有多组的冷凝器连接管，并与冷凝器连接，运输箱的内壁上设置加热箱，热源出管设置在运输装置的水平部一侧，热源进管设置在运输装置的倾斜部的另一侧，热源出管和热源进管与加热箱连通，且加热箱设置在传送带之间，加热箱的形状与运输箱的形状相适配。

优选的，运输箱倾斜部的底部设置有出料口，并与粉碎装置连接，粉碎装置包括粉碎箱、第四电机、齿轮、传动轴、粉碎辊，粉碎箱设置在支架上，粉碎箱内并排设置有两组的粉碎辊，并分别与两组的粉碎辊转动连接，两组的粉碎辊与传动轴连接，两组的传动轴上套设有齿轮，两组的齿轮相互啮合连接，一组的传动轴与第四电机的输出端连接，第四电机安装在支架上，粉碎箱的底部设置有出料管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：丙烯酸乳液和无机化合物粉末制得的3D打印材料，具有无机化合物的高结构强度抗形变的作用和有机聚合物的高柔韧性能；采用本发明的3D打印材料打印出来的实体成品不仅具有比较优良的机械强度和力学性能，而且具有较好的柔韧性，有效地解决了当前3D打印材料的缺点，因此应用前景极为广阔；

将丙烯酸乳液和无机化合物粉末通过混合装置进行搅拌混合，首先将丙烯酸乳液和无机化合物粉末通过加料漏斗添加到混合罐内，然后，启动第一电机工作，带动搅拌轴转动，搅拌轴转动带动搅拌桨转动，使得对混合罐内中部的原料进行混合，同时，搅拌轴转动带动主动锥齿轮转动，主动锥齿轮通过两组的传动锥齿轮带动从动锥齿轮转动，从动锥齿轮通过转筒带动连杆上的搅拌框进行转动，使得搅拌框对混合罐内边缘的原料进行混合，通过设置的传动机构使得搅拌轴上的搅拌桨和连杆上的搅拌框相反转动，且搅拌轴上的搅拌桨可以对混合罐内中部的原料进行搅拌混合，连杆上的搅拌框可以对混合罐内的边缘的原料进行搅拌混合，从而可以对混合罐内的原料均匀混合搅拌，大大提高了混合搅拌的效率，解决了现有技术中，对3D打印原料进行搅拌混合时，通常采用一组搅拌轴配置搅拌叶的方式对混合罐内的原料进行混合，而这种搅拌方式存在着搅拌效率比较低，花费较长的搅拌时间才能使得原料充分混合，大大降低了3D打印原料混合的效率，以及延长3D打印原料制备的周期；

混合均匀的原料进入到干燥装置内，首先经过第一导料管落入到转筒内，同时，启动第二电机工作，通过主动皮带轮、皮带和从动皮带轮之间的传动作用，带动转筒转动，对经过转筒内的原料进行离心干燥，母液从管体上的母液排出口流出；

离心干燥的原料进入到运输装置内，首先离心干燥的原料落入到传送带上，并经过传送带运输，在对原料进行运输中，通过热源进管和热源出管对加热箱加热，从而对传送带上的原料进行加热，使得残留的母液从冷凝器连接管进入到冷凝器内，运输到运输箱顶部的原料落入到粉碎装置内；通过启动第四电机，通过齿轮和传动轴带动两组的粉碎辊进行转动，对原料进行粉碎，从而粉碎后的原料从出料管排出，便得到3D打印材料；通过设置的传送带对原料起到运输的作用，通过运输箱内的加热箱可以对原料进行烘干，大大提高了原料烘干的效率，从而保证原料的纯度，并同时提高3D打印材料制备的效率，同时，该3D打印材料在制备过程中，实现混合、干燥、运输和粉碎之间有效结合，从而大大提高了3D打印材料在制备工艺的效率，缩短制备工艺的周期。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明整体的结构示意图。

图2为本发明中混合装置立体的结构示意图。

图3为本发明中传动机构的结构示意图。

图4为本发明中干燥装置的结构示意图。

图5为本发明中运输装置的立体结构示意图。

图6为本发明中运输装置内部的立体结构示意图。

图7为本发明中传送带与加热室的连接关系示意图。

图8为本发明中粉碎装置的结构示意图。

图中：1、混合装置；2、干燥装置；3、运输装置；4、粉碎装置；5、第一电机；6、混合罐；7、套管；8、连杆；9、搅拌框；10、搅拌轴；11、搅拌桨；12、传动箱；13、主动锥齿轮；14、传动锥齿轮；15、从动锥齿轮；16、第一导料管；17、第二导料管；18、管体；19、转筒；20、第二电机；21、主动皮带轮；22、皮带；23、从动皮带轮；24、运输箱；25、冷凝器连接管；26、第三电机；27、热源出管；28、挡板；29、传送带；30、主动传送轴；31、从动传送轴；32、热源进管；33、出料管；34、粉碎箱；35、第四电机；36、齿轮；37、传动轴；38、粉碎辊。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8所示，一种高性能抗形变3D打印材料及其制备方法，包括以下重量份原料1份丙烯酸乳液和20～200份无机化合物粉末；

其中，丙烯酸乳液按照重量份数，由40～90份硬单体、10～60份软单体、5～10份含羧基单体、1～3份乳化剂、0.2～1份引发剂组成。

一种高性能抗形变3D打印材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将丙烯酸乳液和无机化合物粉末通过混合装置1进行搅拌混合，首先将丙烯酸乳液和无机化合物粉末通过加料漏斗添加到混合罐6内，然后，启动第一电机5工作，带动搅拌轴10转动，搅拌轴10转动带动搅拌桨11转动，使得对混合罐6内中部的原料进行混合，同时，搅拌轴10转动带动主动锥齿轮13转动，主动锥齿轮13通过两组的传动锥齿轮14带动从动锥齿轮15转动，从动锥齿轮15通过套管7带动连杆8上的搅拌框9进行转动，使得搅拌框9对混合罐6内边缘的原料进行混合；

S2、混合均匀的原料进入到干燥装置2内，首先经过第一导料管16落入到转筒19内，同时，启动第二电机20工作，通过主动皮带轮21、皮带22和从动皮带轮23之间的传动作用，带动转筒19转动，对经过转筒19内的原料进行离心干燥，母液从管体18上的母液排出口流出；

S3、离心干燥的原料进入到运输装置3内，首先离心干燥的原料落入到传送带29上，并经过传送带29运输，在对原料进行运输中，通过热源进管32和热源出管27对加热箱加热，从而对传送带29上的原料进行加热，使得残留的母液从冷凝器连接管25进入到冷凝器内，运输到运输箱24顶部的原料落入到粉碎装置4内；通过启动第四电机35，通过齿轮36和传动轴37带动两组的粉碎辊38进行转动，对原料进行粉碎，从而粉碎后的原料从出料管33排出，便得到3D打印材料。

混合装置1通过第一导料管16与干燥装置2连接，干燥装置2通过第二导料管17与运输装置3的上料端连接，运输装置3的出料端与粉碎装置4连接。

混合装置1包括第一电机5、混合罐6、套管7、连杆8、搅拌框9、搅拌轴10、搅拌桨11、传动箱12，混合罐6的顶面上设置有加料漏斗，且混合罐6的顶面中部设置有第一电机5，第一电机5的输出端与搅拌轴10连接，搅拌轴10的另一端延伸至混合罐6的内部，并与混合罐6转动连接，混合罐6的内部顶面设置有传动箱12，传动箱12内设置有传动机构；

搅拌轴10穿过传动箱12，并与传动箱12转动连接，传动机构包括主动锥齿轮13、传动锥齿轮14、从动锥齿轮15，搅拌轴10的外壁上分别套设有主动锥齿轮13和从动锥齿轮15，主动锥齿轮13位于从动锥齿轮15的正上方，主动锥齿轮13之间设置传动锥齿轮14，传动锥齿轮14对称设置有两组，两组的传动锥齿轮14转动安装在传动箱12的内壁上，且传动锥齿轮14分别与主动锥齿轮13和从动锥齿轮15啮合连接；

搅拌轴10的底部外壁上设置有搅拌桨11，从动锥齿轮15的底部设置有套管7，套管7穿过传动箱12的底面，并与传动箱12转动连接，套管7套设在搅拌轴10的外壁上，并与搅拌轴10转动连接，套管7的外壁两侧分别水平设置有连杆8，连杆8远离套管7的一端设置有搅拌框9。

搅拌框9为方向框，混合罐6的底部设置有出料口，并与第一导料管16的进料管连接，第一导料管16与干燥装置2连接；

干燥装置2包括管体18、转筒19、第二电机20、主动皮带轮21、皮带22、从动皮带轮23，转筒19的外壁上套设有管体18，并与管体18转动连接，转筒19的进料端与第一导料管16的出料端转动连接，且转筒19进料端的外壁上套设有从动皮带轮23，管体18的外壁上设置有第二电机20，第二电机20的输出端与主动皮带轮21连接，主动皮带轮21通过皮带22与从动皮带轮23传动连接，转筒19的出料端与第二导料管17的进料端转动连接。

转筒19的侧壁上均匀设置有多组的滤孔，管体18和转筒19倾斜设置，且管体18靠近运输装置3的底部设置有母液排出口。

第二导料管17的出料端位于运输装置3上料端的上方，运输装置3包括运输箱24、冷凝器连接管25、第三电机26、热源出管27、挡板28、传送带29、主动传送轴30、从动传送轴31、热源进管32、出料管33，运输箱24的一侧水平设置，另一侧倾斜设置，运输箱24的水平部顶面上设置有进料口，运输箱24水平部的外壁上设置有第三电机26，第三电机26的输出端与主动传送轴30连接，运输箱24倾斜部的一端设置有从动传送轴31，主动传送轴30通过传送带29与从动传送轴31连接，传送带29上等间距设置有多组的挡板28。

运输箱24的倾斜部上等间距设置有多组的冷凝器连接管25，并与冷凝器连接，运输箱24的内壁上设置加热箱，热源出管27设置在运输装置3的水平部一侧，热源进管32设置在运输装置3的倾斜部的另一侧，热源出管27和热源进管32与加热箱连通，且加热箱设置在传送带29之间，加热箱的形状与运输箱24的形状相适配。

运输箱24倾斜部的底部设置有出料口，并与粉碎装置4连接，粉碎装置4包括粉碎箱34、第四电机35、齿轮36、传动轴37、粉碎辊38，粉碎箱34设置在支架上，粉碎箱34内并排设置有两组的粉碎辊38，并分别与两组的粉碎辊38转动连接，两组的粉碎辊38与传动轴37连接，两组的传动轴37上套设有齿轮36，两组的齿轮36相互啮合连接，一组的传动轴37与第四电机35的输出端连接，第四电机35安装在支架上，粉碎箱34的底部设置有出料管33。

本发明的工作原理：丙烯酸乳液和无机化合物粉末制得的3D打印材料，具有无机化合物的高结构强度抗形变的作用和有机聚合物的高柔韧性能；采用本发明的3D打印材料打印出来的实体成品不仅具有比较优良的机械强度和力学性能，而且具有较好的柔韧性，有效地解决了当前3D打印材料的缺点，因此应用前景极为广阔；

将丙烯酸乳液和无机化合物粉末通过混合装置1进行搅拌混合，首先将丙烯酸乳液和无机化合物粉末通过加料漏斗添加到混合罐6内，然后，启动第一电机5工作，带动搅拌轴10转动，搅拌轴10转动带动搅拌桨11转动，使得对混合罐6内中部的原料进行混合，同时，搅拌轴10转动带动主动锥齿轮13转动，主动锥齿轮13通过两组的传动锥齿轮14带动从动锥齿轮15转动，从动锥齿轮15通过套管7带动连杆8上的搅拌框9进行转动，使得搅拌框9对混合罐6内边缘的原料进行混合，通过设置的传动机构使得搅拌轴10上的搅拌桨11和连杆8上的搅拌框9相反转动，且搅拌轴10上的搅拌桨11可以对混合罐6内中部的原料进行搅拌混合，连杆8上的搅拌框9可以对混合罐6内的边缘的原料进行搅拌混合，从而可以对混合罐6内的原料均匀混合搅拌，大大提高了混合搅拌的效率，解决了现有技术中，对3D打印原料进行搅拌混合时，通常采用一组搅拌轴配置搅拌叶的方式对混合罐6内的原料进行混合，而这种搅拌方式存在着搅拌效率比较低，花费较长的搅拌时间才能使得原料充分混合，大大降低了3D打印原料混合的效率，以及延长3D打印原料制备的周期；

混合均匀的原料进入到干燥装置2内，首先经过第一导料管16落入到转筒19内，同时，启动第二电机20工作，通过主动皮带轮21、皮带22和从动皮带轮23之间的传动作用，带动转筒19转动，对经过转筒19内的原料进行离心干燥，母液从管体18上的母液排出口流出；

离心干燥的原料进入到运输装置3内，首先离心干燥的原料落入到传送带29上，并经过传送带29运输，在对原料进行运输中，通过热源进管32和热源出管27对加热箱加热，从而对传送带29上的原料进行加热，使得残留的母液从冷凝器连接管25进入到冷凝器内，运输到运输箱24顶部的原料落入到粉碎装置4内；通过启动第四电机35，通过齿轮36和传动轴37带动两组的粉碎辊38进行转动，对原料进行粉碎，从而粉碎后的原料从出料管33排出，便得到3D打印材料；通过设置的传送带29对原料起到运输的作用，通过运输箱24内的加热箱可以对原料进行烘干，大大提高了原料烘干的效率，从而保证原料的纯度，并同时提高3D打印材料制备的效率，同时，该3D打印材料在制备过程中，实现混合、干燥、运输和粉碎之间有效结合，从而大大提高了3D打印材料在制备工艺的效率，缩短制备工艺的周期。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。