PL230118B1 - Materiał do druku techniką modelowania uplastycznionym tworzywem sztucznym - Google Patents
Materiał do druku techniką modelowania uplastycznionym tworzywem sztucznymInfo
- Publication number
- PL230118B1 PL230118B1 PL413415A PL41341515A PL230118B1 PL 230118 B1 PL230118 B1 PL 230118B1 PL 413415 A PL413415 A PL 413415A PL 41341515 A PL41341515 A PL 41341515A PL 230118 B1 PL230118 B1 PL 230118B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- printing
- technique
- weight
- materials
- fdm
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 20
- 238000007639 printing Methods 0.000 title claims description 12
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 title claims description 7
- 239000004033 plastic Substances 0.000 title claims description 7
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 17
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 14
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 13
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 claims description 11
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 11
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 11
- 229920000491 Polyphenylsulfone Polymers 0.000 description 10
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 6
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 5
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 5
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 5
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 5
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 3
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 3
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 2
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 2
- PYSRRFNXTXNWCD-UHFFFAOYSA-N 3-(2-phenylethenyl)furan-2,5-dione Chemical compound O=C1OC(=O)C(C=CC=2C=CC=CC=2)=C1 PYSRRFNXTXNWCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000147 Styrene maleic anhydride Polymers 0.000 description 1
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229920006397 acrylic thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229920005601 base polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- ASMQGLCHMVWBQR-UHFFFAOYSA-M diphenyl phosphate Chemical compound C=1C=CC=CC=1OP(=O)([O-])OC1=CC=CC=C1 ASMQGLCHMVWBQR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000004049 embossing Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 235000012438 extruded product Nutrition 0.000 description 1
- 150000002191 fatty alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 229920005669 high impact polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000004797 high-impact polystyrene Substances 0.000 description 1
- 150000002596 lactones Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 239000012994 photoredox catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920002285 poly(styrene-co-acrylonitrile) Polymers 0.000 description 1
- 229920006260 polyaryletherketone Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- ISXSCDLOGDJUNJ-UHFFFAOYSA-N tert-butyl prop-2-enoate Chemical compound CC(C)(C)OC(=O)C=C ISXSCDLOGDJUNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku materiał do druku techniką modelowania uplastycznionym tworzywem sztucznym (technika FDM).
W technice druku FDM jako materiały, stosowane są tworzywa termoplastyczne podawane w formie drutu (ang. filament) o określonej średnicy. Znane są materiały takie jak: ABS (poli(akrylonitryl-co-butadien-co-styren)), ASA (poli(akrylonitryl-co-styren-co-akrylan)), PLA (poli(kwas mlekowy)), PC (poliwęglan), PPSU/PPSF (polifenylosulfon), PEI (polieteroimid), PA (poliamid), TPU (termoplastyczne poliuretany), PS (polistyren), PET (poli(tereftalan etylenu)), PVA (poli(alkohol winylowy)) oraz materiały kompozytowe jak: ABS/PC, kompozyty w osnowie polimerowej z napełniaczami węglowymi, ceramicznymi.
W publikacji międzynarodowego zgłoszenia WO 2008112061 A1 przedstawiona została modyfikacja najpopularniejszego materiału stosowanego w technice FDM - ABS. W celu skrócenia czasu reakcji materiału podczas wytłaczania, a tym samym zwiększenia dokładności budowy modelu wykorzystano modyfikację ABS oligomerami jak np. metakrylan metylu i polimerami na bazie akrylanów jak: poli(styren-co-akrylonitryl). Zmodyfikowany materiał jest stabilny termicznie, dzięki czemu możliwe jest wytłaczanie go w wyższej temperaturze, rzędu 280 : 360°C, co skutkuje bardziej newtonowskim zachowaniem się płynu podczas wytłaczania w odniesieniu do standardowego kopolimeru ABS. W opisie wynalazku US6067480 A przedstawione zostały wytrzymałe materiały konstrukcyjne, mogące znaleźć zastosowanie do wykonywania prototypów funkcjonalnych techniką FDM. Wykorzystano materiały polimerowe o wysokiej masie cząsteczkowej obejmujące poliaryloeteroketony, termoplastyczne poliuretany, poliwęglan i polimetakrylan metylu). Dodatkowo zaznaczono możliwość stosowania materiałów kompozytowych o osnowie z wcześniej wspomnianych polimerów i ze wzmocnieniem włóknistym np. włóknem węglowym. W opisach patentowych US6776602 B2 oraz US6722872 B1 ujawniono możliwość zastosowania w technice FDM takich materiałów termoplastycznych jak: polifenylosulfony, kompozyty ABS/PC, polieteroimidy, polieterosulfony, poliamidy. Materiały te wykazują lepsze właściwości mechaniczne w porównaniu do popularnego ABS, mają odpowiednie właściwości cieplne oraz lepkości w stanie stopionym. Wykazują również odpowiedni skurcz materiałowy i przyczepność miedzy warstwami, umożliwiającą zastosowanie ich w modelowaniu uplastycznionym tworzywem. W opisie patentowym US6869559 B2 przedstawiony jest materiał do druku techniką FDM: PPSF/PC. Materiał ten wykazuje dobrą odporność chemiczną i stabilność termiczną. Zawiera on 70:99% polifenylosulfonu oraz 1-K25% poliwęglanu. Do kompozytu PPSF/PC dobrany jest materiał podporowy zawierający poza materiałami bazowymi (PPSF i PC) polistyren wysokiej udarności oraz materiał silikonowy. Temperatura zeszklenia tych materiałów wynosi ponad 220°C, zaś MFI ma wartość odpowiednią dla modelowania uplastycznionym tworzywem (FDM). Pożądany wskaźnik szybkości płynięcia dla materiałów wykorzystywanych w technologii FDM mieści się w zakresie 5:30 g/10 min, pod obciążeniem 1,2 kg i w temperaturze drukowania. W opisach wynalazków US6790403 B1, US6228923 B1, EP2514775 A1, US8404171 B2, US8460451 B2 przedstawione są materiały podporowe rozpuszczalne w wodzie, możliwe do wykorzystania w technice FDM. Materiały te są wykorzystywane do wykonywania elementów, w których występują fragmenty zwisające, wymagające podpór. Przykładem takiego materiału jest mieszanina polimeru metakrylanu alkilu - metakrylanu metylu, kwasu karboksylowego - kwasu metakrylowego oraz plastyfikatora rozpuszczalnego w wodzie np. fosforanu difenylu. W opisie wynalazku EP2514775 A1 opisany został materiał rozpuszczalny w roztworze o pH wynoszącym: 6: 1 4, zawierający 30: 60% kopolimeru styrenu z bezwodnikiem kwasu maleinowanego i pozwalający wykorzystać środowisko o łagodniejszym charakterze, nie wpływającym na właściwości modelu. Inne tworzywa sztuczne wykorzystywane jako rozpuszczalne materiały podporowe opisane w patentach powyżej obejmują: materiał którego bazowym składnikiem jest amorficzny poli(alkohol winylowy) oraz np. mieszaninę etoksylowanego alkoholu tłuszczowego i częściowo polimeryzowanego laktonu modyfikującego lepkość. W opisie patentowym US7534386 B2 przedstawiony jest materiał termoplastyczny zawierający silikon (0,1 : 10%), który może być wykorzystany, zarówno jako materiał podporowy jak i materiał budulcowy do wykonywania wyrobów techniką FDM. Bazowym polimerem mogą być: polieterosulfony, polieteroimidy, polifenylosulfony, polifenyleny, poliwęglany, polistyreny, polisulfony, tworzywa akrylowe, poliamidy, poliestry, poliamidy, polieteroketony, ABS oraz ich mieszaniny. Dodanie środka silikonowego pozwala na proste oderwanie podpór od budowanego modelu.
W technice FDM możliwe jest również zastosowanie materiałów kompozytowych osnowie termoplastycznej. Kompozyt taki został przedstawiony w opisie patentowym US7910041 B1. Matryce
PL 230 118 B1 stanowić może: ABS, poliwęglany, polifenylosulfony, poliamidy, polisulfony, polistyreny, polieteroimidy, poliestry, poliuretany, polieteroketony, fluoropolimery i ich kombinacje. Jako wzmocnienie wykorzystać można materiał w formie włókien, jak: nanorurki, nanowłókna, rurki nanodrutu itp.
Technika FDM umożliwia wytwarzanie obiektów na bazie modelu CAD 3D lub na podstawie danych ze skanowania środowiska 3D, bez dodatkowego oprzyrządowania oraz obróbki wykańczającej. Bazują one na cięciu pliku 3D na cienkie warstwy nakładaniu ich od dołu do góry. W opisach wynalazków: US5121329 A, US6722872 B1, US5340433 A przedstawione zostały konstrukcje urządzeń do modelowania trójwymiarowych elementów tworzywem sztucznym. Materiał bazowy w postaci drutu podawany jest do głowicy, gdzie zostaje podgrzany i uplastyczniony, a następnie wytłoczony w postaci spłaszczonej wstęgi na platformę roboczą przez dyszę o najczęściej okrągłym przekroju otworu wyjściowego poruszającą się w osiach XY równoległych do platformy roboczej. Proces wytłaczania następuje w wyniku działania ciśnienia wywoływanego przez nacisk nieuplastycznionej części drutu tworzywa, który podawany jest naj częściej za pomocą ekstrudera w postaci rolek. Model budowany jest na platformie roboczej lub w komorze, która może być podgrzewana w celu zmniejszania skurczu materiałowego i zapobiegania deformacji modelu. W celu wykonania kolejnej warstwy następuje przemieszczenie platformy drukującej, względem dyszy w osi Z, o wysokość równą grubości warstwy i powtórzenie wytłaczania. Proces jest powtarzany aż do ukończenia modelu.
Materiał do druku techniką modelowania uplastycznionym tworzywem sztucznym, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że zawiera od 10% wagowych do 90% wagowych poliproplenu i od 10% wagowych do 90% wagowych poliwinylobutyralu. Materiał kompozytowy może być przetwarzany techniką FDM w zakresie temperatur 180:230°C.
Korzystnie materiał zawiera od 1% wagowych do 5% wagowych polipropylenu maleinowanego (polipropylen szczepiony aldehydem maleinowanym), który jest kompatybilizatorem mieszalności PP i PVB.
Korzystnie poliwinylobutyral ma postać folii odpadowej. Przed procesem wytłaczania folie mechanicznie rozdrabnia się.
Korzystnie polipropylen ma wysoki wskaźnik szybkości płynięcia.
Materiał jest produktem wytłoczenia (po wcześniejszym wymieszaniu składników materiału w temperaturze otoczenia) w temperaturze 165 do 200°C, przy użyciu wytłaczarki ślimakowej (jednolub wieloślimakowej) pozwalającemu na uzyskanie wytłoczyny o określonym kształcie, uformowanym przez głowicę.
Materiał według wynalazku charakteryzuje się znaczną elastycznością w porównaniu do polipropylenu oraz ze względu na użyty modyfikator w postaci PVB lepszą adhezją do stołu roboczego drukarki, który może być zimny lub podgrzewany. Wytłoczony filament może być użyty w procesie FDM, ze względu na odpowiednią lepkość stopu i stabilność mieszaniny w temperaturze przetwórstwa. Materiał według wynalazku (Wykorzystanie adhezyjnych właściwości PVB do materiałów: metalowego i szklanego) eliminuje problem procesu drukowania jakim jest uzyskanie odpowiedniej adhezji do podłoża, co w przypadku tworzyw wysokokrystalicznych, przy gwałtownym ich schładzaniu powoduje skurcz materiałowy, skutkujący powstawaniem odkształceń i odlepianiem się wykonanych elementów. Dodatkowo modyfikacja polipropylenu poliwinylobutyralem zwiększyła jego elastyczność umożliwiając wykorzystanie klasycznego podawania materiału w postaci żyłki nawiniętej na szpulę. W czasie wytłaczania materiał wykazuje wyższą adhezję do powierzchni stosowanych jako platformy budulcowe, jak metal, szkło, niż ogólnodostępne poliolefiny. Charakteryzuje się również wyższą adhezją między kolejnymi warstwami wytłaczanego tworzywa.
Wynalazek jest bliżej przedstawiony w poniższych przykładach wykonania. We wszystkich przykładach materiał został wytworzony metodą wytłaczania w temperaturze 165 do 200°C.
P r z y k ł a d I
Wytworzono materiał kompozytowy do druku FDM o składzie:
- rozdrobniony recyklat folii PVB: 75% wagowych,
- polipropylen: 25% wagowych.
PL230 118 Β1
Właściwości wytworzonego materiału:
| Gęstość [g/cm3] | 1,00 |
| Twardość [°Sh] | 46,44 |
| Wytrzymałość na rozciąganie [MPa] | 17,58 |
| Moduł Younga [MPa] | 225,9 |
| Udarność Charpy’ego [kJ/m2] | 37,47 |
| MVR (2,16 kg, 180°C) [cm3/10 min] | 15,39 |
Przykład II
Wytworzono materiał kompozytowy do druku FDM o składzie:
- rozdrobniony recyklat folii PVB: 50% wagowych,
- polipropylen: 47% wagowych,
- polipropylen maleinowany: 3% wagowych.
Właściwości wytworzonego materiału:
| Gęstość [g/cm3] | 0,99 |
| Twardość [°Sh] | 57,06 |
| Wytrzymałość na rozciąganie [MPa] | 18,64 |
| Moduł Younga [MPa] | 577,3 |
| Udarność Charpy’ego [kJ/m2] | 28,30 |
| MVR(2,16 kg, 180°C) [cm3/10 min] | 11,85 |
Przykład III
Wytworzono materiał kompozytowy do druku FDM o składzie:
- rozdrobniony recyklat folii PVB: 25% wagowych,
- polipropylen: 70% wagowych,
- polipropylen maleinowany: 5% wagowych.
Właściwości wytworzonego materiału:
| Gęstość [g/cm3] | 0,94 |
| Twardość [°Sh] | 61,94 |
| Wytrzymałość na rozciąganie [MPa] | 26,38 |
| Moduł Younga [MPa] | 1159 |
| Udarność Charpy’ego [kJ/m2] | 33,97 |
| MVR (2,16 kg, 180°C) [cm3/10 mini | 30,03 |
PL 230 118 B1
Claims (4)
1. Materiał do druku techniką modelowania uplastycznionym tworzywem sztucznym, znamienny tym, że zawiera od 10 do 90% wagowych poliproplenu i od 10 do 90% wagowych poliwinylobutyralu.
2. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera od 1 do 5% wagowych polipropylenu maleinowanego.
3. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że poliwinylobutyral ma postać folii odpadowej.
4. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że jest produktem wytłoczenia w temperaturze 165 do 200°C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL413415A PL230118B1 (pl) | 2015-08-06 | 2015-08-06 | Materiał do druku techniką modelowania uplastycznionym tworzywem sztucznym |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL413415A PL230118B1 (pl) | 2015-08-06 | 2015-08-06 | Materiał do druku techniką modelowania uplastycznionym tworzywem sztucznym |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL413415A1 PL413415A1 (pl) | 2017-02-13 |
| PL230118B1 true PL230118B1 (pl) | 2018-09-28 |
Family
ID=57965370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL413415A PL230118B1 (pl) | 2015-08-06 | 2015-08-06 | Materiał do druku techniką modelowania uplastycznionym tworzywem sztucznym |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL230118B1 (pl) |
-
2015
- 2015-08-06 PL PL413415A patent/PL230118B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL413415A1 (pl) | 2017-02-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11760033B2 (en) | Poylmeric composition for use as a temporary support material in extrusion based additive manufacturing | |
| US20230339191A1 (en) | Thermoplastic composites comprising water-soluble peo graft polymers for use as a sacrificial support in 3d additive manufacturing | |
| US20180201737A1 (en) | Compositions for use in fused filament 3d fabrication and method for manufacturing same | |
| JP7661395B2 (ja) | 水溶性ポリマー組成物 | |
| EP3328930B1 (en) | Method to additive manufacture biocompatible material and articles made by the method | |
| EP3053947B1 (en) | A process for producing foam mouldings | |
| KR20040034605A (ko) | 3차원 모델링을 위한 방법 및 재료 | |
| CN104031304A (zh) | 一种用于3d打印的紫外光交联聚合物材料及其制备方法和应用 | |
| JP2006525159A (ja) | ３次元モデリングのための材料および方法 | |
| EP3245255B1 (en) | Support material for 3d printing of polymer compounds | |
| KR20180040555A (ko) | 수지 압출 조형 방식의 3차원 프린터용 필라멘트의 제조방법 | |
| PL230118B1 (pl) | Materiał do druku techniką modelowania uplastycznionym tworzywem sztucznym | |
| US20210301161A1 (en) | High performance water soluble polymer compositions | |
| KR20170116325A (ko) | 수지 압출 조형 방식의 3차원 프린터용 필라멘트의 제조방법 | |
| JP2024043226A (ja) | ３ｄプリンター用の造形材、３ｄプリント造形品及びこれらの製造方法 | |
| EP4602101A1 (en) | Thermally stable water soluble polymer compositions | |
| US20100209726A1 (en) | Biodegradable material and methods related thereto | |
| KR20110091198A (ko) | 경량 나무플라스틱 및 이의 제조방법 | |
| PL224598B1 (pl) | Sposób wytwarzania kompozycji polimerowej termoplastycznej |