PL228942B1 - Sposób wytwarzania filamentu do druków 3D - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania filamentu do druków 3D z tworzyw sztucznych z dodatkiem nanocząsteczek srebra.

Formowanie żyły filamentu poprzez wytłaczanie z tworzyw sztucznych takich jak polipropylen, polietylen, kopolimer akrylo-butadienowo-styrenowy, poliwęglan, polioksymetylen, polega na tym, że topi się tworzywo sztuczne zwykle w formie granulatu, a następnie wytłacza się je pod dużym ciśnieniem przez głowicę - filierę, uzyskując ciągły filament o przekroju kołowym, który w dalszym ciągu chłodzi się i nawija na szpule.

Rozwój nanotechnologii umożliwił opracowanie różnego rodzaju roztworów antybakteryjnych, w szczególności koloidalnych roztworów nanocząsteczek srebra. Roztwory te mogą być wykorzystane do powierzchniowego pokrywania różnego rodzaju wyrobów z tworzyw sztucznych w celu nadania im właściwości antybakteryjnych. Produkt pokryty powierzchniowo jest narażony na uszkodzenia lub wymywanie warstwy powierzchniowej, a więc jego właściwości antybakteryjne z czasem ulegają osłabieniu. Ponadto pokrycie takim środkiem żyły filamentu do druku 3D jest bezzasadne, gdyż filament w trakcie procesu drukowania na drukarce 3D jest przetapiany w związku z czym powierzchnia wydrukowanego filamentu nie wykazuje właściwości bakteriobójczych. Korzystniejszym byłoby zainplantowanie nanocząsteczek do całej objętości żyły filamentu.

Typowym rozwiązaniem w tym celu mogłoby być dodawanie nanocząsteczek w formie proszku lub roztworu do surowego granulatu tuż przed jego stopieniem. Rozwiązanie takie wymagałoby jednak dokładnego dozowania nanocząsteczek i odpowiedniego mieszania.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania filamentu do druku 3D z środkiem bakteriobójczym opartym o nanocząsteczki srebra, który zapewni dokładne rozłożenie tego środka w całej żyle filamentu zapewniając tym samym, że wydrukowane na drukarce 3D elementy będą mieć długotrwałe właściwości bakteriobójcze, a jednocześnie nie wprowadzi znacznych komplikacji do procesu wytwarzania filamentu.

Cel ten osiągnięto poprzez opracowanie sposobu wytwarzania filamentu do druku 3D z polipropylenu, kopolimeru akrylo-butadienowo-styrenowego, poliwęglanu, polioksymetylenu, poliaktydu, kopolimeru akrylonitrylu-styrenu i akrylanów z surowca w postaci granulatu w procesie ekstruzji, charakteryzującego się tym, że wytłaczaniu poddaje się mieszaninę zawierającą granulat uszlachetniony i granulat surowy w proporcji od 1 : 20 do 1 : 50, przy czym granulat uszlachetniony przygotowuje się w ten sposób, że surowy granulat poddaje się naprzemiennie operacjom powlekania granulatu koloidalnym roztworem nanocząsteczek srebra oraz suszenia powleczonego roztworem granulatu, aż do uzyskania stężenia nanocząsteczek srebra w granulacie na poziomie od 50 ppm do 750 ppm wagowo, natomiast koloidalny roztwór nanocząsteczek srebra zawiera korzystnie niskorzędowy węglowodór do 99% wagowo, środek powierzchniowo czynny korzystnie 2-rzędowy alkohol etylowy do 0,6% wagowo, środek adhezyjny korzystnie poliwinylopirolidon do 0,4% wagowo, dyspergator korzystnie EDTA do 0,6% wagowo, substancje o dużej lotności wspomagające tworzenie ośrodków parowania do 1,0% wagowo, modyfikator lepkości zmniejszający lepkość i zapobiegający niekontrolowanemu osiadaniu nanocząsteczek do 0,2% wagowo, nanocząsteczki srebra o rozmiarze od 3 nm do 9 nm, w stężeniu 1000 ppm wagowo.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schemat linii technologicznej.

Przygotowanie granulatu uszlachetnionego polega na poddaniu surowego granulatu naprzemiennie operacjom powlekania koloidalnym roztworem, oraz suszeniu. Koloidalny roztwór zawiera niskorzędowy węglowodór, środek powierzchniowo czynny obniżający napięcie powierzchniowe powodujący ograniczenie hydrofobowości powierzchni granulatu, dzięki czemu koloid nie spływa, środek adhezyjny zwiększający przyczepność koloidu do powierzchni granuli, dyspergator nadający stabilność koloidu, substancje wspomagające o dużej lotności dla tworzenia ośrodków parowania. Tak przygotowany zmodyfikowany surowiec miesza się z surowcem pierwotnym. Przygotowaną dwuskładnikową mieszaninę granulatu zmodyfikowanego i granulatu surowego miesza się dodając opcjonalnie barwniki i/lub uszlachetniacze oraz inne dodatki, a następnie osusza się w czasie ok. 2 godzin, korzystnie w temperaturze 60-80°C. Z kolei tak uzyskaną mieszaninę transportuje się do ekstrudera, gdzie na głowicy formującej wytłaczana jest żyła filamentu. Tak wytłoczona żyła poddawana jest wystudzaniu w pierwszej kolejności w wannie z ciepłą wodą, korzystnie w temperaturze 40-80°C, a następnie w wannie z wodą zimną, korzystnie w temperaturze 1-10°C. Do kąpieli wykorzystuje się wodę zdemineralizowaną o stałej określonej temperaturze. Następnie żyła filamentu poddawana jest osuszaniu kontroli średnicy w dwóch

PL 228 942 B1 osiach przy pomocy laserowych mierników. Tak wykonany produkt nawijany jest na szpule zbiorcze a następnie konfekcjonowany.

Surowy granulat z tworzyw takich jak PP (polipropylen), PE (polietylen), ABS (kopolimer akrylobutadienowo-styrenowy), PC (poliwęglan), PCM (polioksymetylen), PLA (poliaktyd), kopolimer akrylonitrylu-styrenu i akrylanów i innych pobierany jest ze zbiornika 101, a następnie podawany do mieszalnika

102, w którym jest mieszany z dodawanym stopniowo koloidalnym roztworem nanosrebra ze zbiornika

103, korzystnie gdy koloidalny roztwór nanosrebra jest o temperaturze wrzenia do 80°C, ułatwiającym parowanie koloidu. Powleczony granulat podawany jest do suszarni 104, w której odparowywana jest ciecz, pozostawiając na powierzchni granulatu nanocząsteczki srebra. Proces ten powtarza się tyle razy aby uzyskać wymagane stężenie nanocząsteczek srebra, w zakresie od 50 ppm do 750 ppm wagowo. Tak przygotowany - zmodyfikowany surowiec z zbiornika 105, podawany jest do mieszalnika 106, w którym łączy się go surowcem pierwotnym pobieranym z zbiornika 101 oraz opcjonalnie z barwnikami i/lub dodatkami z zbiornika 107 w określonych proporcjach. Tak przygotowana mieszanka poddawana jest suszeniu w suszarce 108 ewentualnie w suszarce 104, a następnie transportowana jest do ekstrudera 109, na którym stopiona mieszanka granulatu jest wytłaczana przez głowicę ekstrudera. Uzyskana żyła filamentu jest chłodzona, najpierw w wannie 110 z ciepłą wodą, korzystnie w temperaturze 40-80°C, a następnie w wannie 111 z zimną wodą, korzystnie w temperaturze 1-10°C. Na kolejnych etapach żyła filamentu jest osuszana w osuszaczu 112, w mierniku średnicy 113 poddawana kontroli średnicy przekroju a następnie w nawijarce 114 nawijana na szpule zbiorcze.

Niżej podane przykłady lepiej wyjaśnią istotę wynalazku nie ograniczając zakresu jego wykonania.

P r z y k ł a d 1

Ze zbiornika 101 surowego granulatu pobrano 100 kg granulatu polipropylenowego, który wsypano do mieszającego zbiornika 102 z roztworem koloidalnym nanocząsteczek srebra. Granulat pokryty tym roztworem przemieszczano do komory suszarni 104, w której panowała temperatura 65°C do całkowitego osuszenia. Cykle zanurzania i suszenia powtarzano wielokrotnie, aż do odparowania 400 g preparatu co odpowiada implantacji 20 g nanocząsteczek srebra w 100 kg granulatu, a więc uzyskaniu stężenia 200 ppm. Następnie do mieszalnika 106 podano granulat uszlachetniony i granulat surowy w proporcji 1:10, uzyskując mieszankę granulatu o stężeniu 20 ppm, z której na ekstruderze 109 wytłoczono żyłę filamentu.

P r z y k ł a d 2

Ze zbiornika 101 surowego granulatu pobrano 100 kg granulatu kopolimeru akrylonitrylo-butadienowo-styrenowego PLA, który wsypano do mieszającego zbiornika 102 z roztworem koloidalnym nanocząsteczek srebra. Granulat pokryty tym roztworem przemieszczano do komory suszarni 104, w której panowała temperatura 70°C do całkowitego osuszenia. Cykle zanurzania i suszenia powtarzano wielokrotnie, aż do odparowania 200 g preparatu co odpowiada implantacji 10 g nanocząsteczek srebra w 100 kg granulatu, a więc uzyskaniu stężenia 200 ppm. Następnie do mieszalnika 106 podano granulat uszlachetniony i granulat surowy w proporcji 1:20, uzyskując mieszankę granulatu o stężeniu 10 ppm, z której na ekstruderze 109 wytłoczono żyłę filamentu.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Sposób wytwarzania filamentu do druku 3D z polipropylenu, polietylenu, kopolimeru akrylobutadienowo-styrenowego, poliwęglanu, polioksymetylenu, poliaktydu, kopolimeru akrylonitrylu-styrenu i akrylanów z surowca w postaci granulatu w procesie ekstruzji, znamienny tym, że wytłaczaniu poddaje się mieszaninę zawierającą granulat uszlachetniony i granulat surowy w proporcji od 1:20 do 1:50, przy czym granulat uszlachetniony przygotowuje się w ten sposób, że surowy granulat poddaje się naprzemiennie operacjom powlekania granulatu koloidalnym roztworem nanocząsteczek srebra oraz suszenia powleczonego roztworem granulatu, aż do uzyskania stężenia nanocząsteczek srebra w granulacie na poziomie od 50 ppm do 750 ppm wagowo, natomiast koloidalny roztwór nanocząsteczek srebra zawiera korzystnie niskorzędowy węglowodór do 99% wagowo, środek powierzchniowo czynny korzystnie 2-rzędowy alkohol etylowy do 0,6% wagowo, środek adhezyjny korzystnie poliwinylopirolidon do 0,4% wagowo, dyspergator korzystnie EDTA do 0,6% wagowo, substancje o dużej lotności wspomagające tworze4

   PL 228 942 Β1 nie ośrodków parowania do 1,0% wagowo, modyfikator lepkości zmniejszający lepkość i zapobiegający niekontrolowanemu osiadaniu nanocząsteczek do 0,2% wagowo, nanocząsteczki srebra o rozmiarze od 3 nm do 9 nm, w stężeniu 1.000 ppm wagowo.