[发明专利]一种基于增材制造技术的高强度轻量化家具及其生产方法

说明书

本发明公开了一种基于增材制造技术的高强度轻量化家具及其生产方法，属于家居材料制备领域。包括如下步骤：纳米纤维素的预处理、纳米纤维素‑树脂搅拌共混、挤压成粒和3D打印四个步骤。本发明通过将木塑复合材作为打印材料，采用增材制造技术生产出结构韧性好、强度高，形状功能化、个性化的家具，通过将纤维素经过碱溶解、再结晶后，减弱微纳米纤维素之间的氢键作用力，并采用分散剂分散微纤维素颗粒，可以在纤维素颗粒表面形成双分子层结构，将纳米纤维素均匀地分散在树脂基体上，解决了纳米纤维素的团聚问题。

技术领域

本发明属于家居材料制备领域，尤其是一种基于增材制造技术的高强度轻量化家具及其生产方法。

背景技术

在传统的家具制造过程中，存在如下问题：一方面，复杂的生产工艺对制造环节的配合要求很高，在生产过程中，需经历备料、下料、木工制作、组装、修补、底漆、面漆等复杂的制造环节，家具产品深刻地体现了大规模生产的组装性特征，其优品率受到具体生产条件的制约。另一方面，由于复杂的生产工艺条件的限制，家具产品在设计过程经常考虑的是如何减少设计细节、简化造型特征等问题，导致家具产品外观存在一定的局限性，对人体工程学、消费者心理学的满足程度偏低，生产出的家具产品难以满足市场需求时。

以上传统家具制造过程中出现的问题，可以借助增材制造技术找到新的解决方式。增材制造技术的应用可使家具产品呈现出明显的一体成型和免组装特征。增材制造技术突破了家具产品的传统生产工艺限制，激发了家具产品的美学潜能，体现出一体化的设计语言。但是现有技术中，打印材料更多的为高分子合成材料，比如尼龙或玻璃纤维等耗材，虽然具有韧性好、强度高，适合坐具、卧具、柜类等承重要家居，但是这些耗材在长期偏高温环境下，会与空气中的氧发生氧化作用，开始时颜色变褐，继而破碎开裂；而且由于其热膨胀作用使制品尺寸稳定性较难控制。

发明内容

发明目的：提供一种基于增材制造技术的高强度轻量化家具及其生产方法，以解决背景技术中所涉及的问题。

技术方案：一种高强度轻量化家具的增材制造方法，包括如下步骤：

步骤1、预处理：然后将纳米纤维素分散液放入到冷冻干燥箱中进行冷冻干燥，冷冻干燥完全，形成为纳米纤维素固体粉末；

步骤2、搅拌共混：将上述固体粉末、高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚乙二醇以及其它助剂充分搅拌混合，形成共混料；

步骤3、挤压成粒：将上述共混料通过同向锥形的双螺杆挤压机熔融、挤出并切粒，其中，上述双螺杆挤压机中各段温度分别为120～135℃、140～155℃、155～170℃、155～170℃、120～135℃，转速为150～180rpm，得到粒料，然后于100～105℃充分干燥8～12h；

步骤4、3D打印：首先将单螺杆挤出机移植到FDM打印设备上，然后将所得粒料通过单螺杆挤出机挤出，并在3D打印机的牵引，通过绕线加工成3D成品，其中，所述单螺杆挤出机的各段温度分别为160～170℃、160～175℃、175～190℃、175～190℃，牵引速度为50～60mm/s。

优选地，所述纳米纤维素为低结晶度的微纳米纤维素。其中，所述微纳米纤维素的制备工艺包括如下步骤：

步骤11、将红木粉在高速剪切机中进行剪切处理，然后将产物过300～350目筛，得到微纤维素晶体；

步骤12、将微纤维素晶体放入质量分数为8～12%的碱液中，搅拌均匀至完全溶解，在-12～-6℃冰箱中冷冻24～48h；

步骤13、将冷冻后的纤维素溶液置于凝固液中再结晶，并通过抽滤、洗涤得到微纳米纤维素晶体；

步骤14、将洗至中性的微纳米纤维素晶体、聚乙二醇加入去离子水在均质机中进行均质化，形成纳米纤维素分散液，将得到的产物放入冰箱冷藏备用。