[发明专利]一种利用3D打印调控聚合物注射泡孔结构的方法及制品

说明书

本发明公开了一种利用3D打印调控聚合物注射泡孔结构的方法，主要包括以下步骤：（1）根据需求和结构特点，特别设计具有空腔结构和安放部位的制件，并利用3D打印的方法加工制造出来；（2）将打印制件放入到模具内；（3）将欲发泡热塑性塑料与气体混合，并形成气熔复合物；（4）气熔复合物注入模具内的打印制件的空腔内形成组合材料；（5）一定时间后，模具打开，获得相应的发泡制件。本发明还公开了应用上述方法来调控泡孔结构的聚合物发泡注射制品，该制品的力学性能明显超越同类制品。

技术领域

本发明涉及一种注射成型制造方法及其制品，尤其涉及一种利用3D打印调控聚合物注射泡孔结构的方法及其制品。

背景技术

聚合物发泡材料是指以聚合物（塑料、橡胶、弹性体或天然高分子材料）为基础而其内部具有无数气泡的微孔材料，也可以视为以气体为填料的复合材料。因防震、隔音、隔热、轻量化等的需求，将制品内部形成无数的微细泡孔则可以明显拓展塑料制品的应用范围。聚合物注射成型是一种通用的制品加工方法，发泡注射成型能够快速形成这种具有微孔结构的制品。因而，聚合物发泡注射制品的应用越来越广泛，不过，发泡注射制品也经常面临着泡孔结构方便控制、局部增强、力学性能或者传导性能的提升等方面的需求。

发泡注射制件的性能与其泡孔结构密切相关，而且泡孔结构容易发生变化，从而使其制品性能具有很大差异。为了容易实现泡孔结构的控制，利用一些具有复杂结构的预置件加以调控是较为常用及易于实施的手段，但一些常规的材料成型方法很难完成具有复杂结构预置件的加工制造。三维打印技术又被称作增材制造技术，简称3D打印，它通过逐点堆积或层层叠加的方式快速、精确地将设计概念转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，它可以方便实现复杂结构预置件的加工制造。

因而，容易想到通过3D打印技术可以加工制造出具有复杂结构的预置件并进而方便实现发泡注射制件的泡孔形态控制，并进而获得综合性能更好的制品。不过，将3D打印与发泡注射成型组合起来也面临着相应的工艺难题，比如，和普通注射相比，发泡注射一般要求快速注射，这容易引起事先安放的3D打印制件在发泡注射过程中发生变形从而导致失败；3D打印制件的结构如何设计以更利于泡孔的形态；3D打印制件自身的性能如何提升并导致组合制件的性能更佳；3D打印制件与后充入材料之间的界面是否牢靠等。

由上可知，开发3D打印与发泡注射成型的组合制造工艺具有较大的研究意义及工程价值，同时实现两者的完美组合对于研究者与工业实践者来说也是一个挑战。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种可调控泡孔结构且性能优异的发泡注射制品的3D打印与发泡注射成型组合制造的调控聚合物注射泡孔结构的方法；本发明的另一目的在于提供一种利用3D打印调控聚合物注射泡孔结构方法得到的制品；本发明的另一目的在于提供一种利用3D打印调控聚合物注射泡孔结构方法得到的制品在高性能或功能化注射发泡成型制件上的应用。

技术方案：本发明所述的一种3D打印与发泡注射成型组合制造的方法，是将3D打印制件作为发泡注射制品的模内嵌件，最终形成的3D打印制件与发泡材料浑然一体；具体包括以下步骤：

（1）对欲加工的制件的结构进行分析，确定其特点及使用目标，并进而确定3D打印制件的嵌入位置、尺寸和形状特征；

（2）根据3D打印原料选择、3D打印制件在模具内的固定方式以及欲嵌入3D打印制件的位置、尺寸和形状特征，开展3D打印制件的结构设计并完成制件的打印；

（3）将3D打印制件预热后放入模具内；

（4）将气体与热塑性聚合物原料在注射机中塑化均匀并形成待发泡的热塑性聚合物原料，将其充入模具内的3D打印制件的空腔内，经过发泡及冷却后，3D打印制件与后填入的原料形成均一的组合制件；

（5）将所得的组合制件进行后处理，以消除其内应力。