[发明专利]金刚石-金属基三维成型复合材料、丝材及其制备和在FDM打印中的应用

说明书

本发明属于FDM打印技术领域，具体涉及一种金刚石‑金属基三维成型复合材料，包括基体粉末和专用粘结剂，所述的专用粘结剂包括50～70重量份的热塑性聚氨酯弹性体、12～18重量份的聚乙烯、8～12重量份的苯乙烯‑乙烯‑丁烯‑苯乙烯嵌段共聚物、5～10重量份的聚甲醛、3～5重量份的聚乙烯醇、1～3重量份的增塑剂、1～2重量份的分散剂；所述的基体粉末包括金刚石，还包括金属粉、金属碳化物中的至少一种。本发明还包括所述复合材料的丝材及其制备和在FDM打印中的应用。本发明中，所述的复合材料成分以及比例的联合，能够实现协同，能够有效解决基底粉末中金刚石掺入所致的FDM难于打印，容易断流和打印不均匀，打印效果不理想的问题。

技术领域

本发明涉及三维成型技术领域，具体是涉及一种含金刚石的丝材及其FDM三维成型领域。

背景技术

当前，基于金属材料3D打印的主要工艺方法有电子束选区熔化(EBM)、选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔化成型(SLM)和激光熔覆沉积(LENS)。近些年熔融沉积成型(FDM)技术也逐渐进入人们视野，该工艺被认为是一种具有很大发展潜力的成型技术。前四种技术能耗大，生产成本高，且会对金刚石产生热损伤。而FDM技术操作方便，打印设备造价低，具备较大的产业化潜力。将其用于3D打印金属基三维成型复合丝料具有很大的优势。然而目前在FDM工艺中金属基三维成型复合丝料是十分稀缺的。

随着FDM技术的发展并进一步成熟，利用该技术已能够实现ABS、PLA等热塑性丝料的良好成型，但是打印含有固体颗粒的丝料时，打印流畅性会有所降低，而金刚石作为最硬的固体颗粒之一，且其物化性质惰性极强，几乎不与任何成分发生反应，在整个打印过程中以“独立”的形式存在，打印该类金属基复合材料(含金刚石)将出现严重的打印失稳问题，因而研发性能优良的丝料配方是十分必要的。

在申请号为CN201910513848.7的中国发明专利申请中公开了一种三维成型复合丝料，通过在金属或陶瓷材料的基料中加入粘结剂(POM和TPE)、助剂(硅酮粉润滑剂和氧化锌热稳定剂)，从而制备出一种可以绕卷在丝料盘上的三维成型复合丝料。在申请号为CN201910233681.9的中国发明专利申请中公开了一种三维成型复合丝料、FDM三维打印机和三维成型方法，通过在金属或陶瓷材料的基料中加入粘结剂(TPE和EVA)，从而制备出一种可以绕卷在丝料盘上的三维成型复合丝料。然而，在上述两类材料配方中添加金刚石微粉后，均不能顺利完成拉丝工作，无法实现金刚石钻头三维实体制备。

发明内容

针对含金刚石的复合材料在FDM打印阶段容易出现断丝、打印不均匀的问题，本发明第一目的在于，提供一种金刚石-金属基三维成型复合材料(本发明也简称复合材料)，旨在解决FDM打印过程容易出现打印断流、打印材料不均匀、性质不稳定的问题。

本发明第二目的在于，提供包含所述的金刚石-金属基三维成型复合材料的丝材及其制备和在FDM打印中的应用。

本发明第三目的在于，提供金刚石-金属基FDM打印丝材的制备方法以及制得的材料。

添加有金刚石的丝材在FDM打印过程中容易出现断流、打印不均匀，打印的材料的性能不理想，针对该问题，本发明提供以下改进方案：

一种金刚石-金属基三维成型复合材料，包括基体粉末和专用粘结剂，所述的专用粘结剂包括50～70重量份的热塑性聚氨酯弹性体、12～18重量份的聚乙烯、8～12重量份的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、5～10重量份的聚甲醛、3～5重量份的聚乙烯醇、1～3重量份的增塑剂、1～2重量份的分散剂；

所述的基体粉末包括金刚石，还包括金属粉、金属碳化物中的至少一种。

本发明研究表明，将塑性聚氨酯弹性体、聚乙烯、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚甲醛、聚乙烯醇、增塑剂、分散剂联合，进一步配合成分比例的控制，能够实现协同，能够有效解决基底粉末中金刚石掺入所致的容易相分离、难于成丝、难于FDM、容易打印断流和打印不均匀，打印效果不理想的问题。