专利摘要

本发明公开了一种3D打印用纳米粉体材料及其制备方法。3D打印用纳米粉体材料由以下重量份的原料组成：纳米碳纤维，纳米玻璃纤维，纳米氧化镁，表面增强剂，抗氧化剂，增韧剂；表面增强剂为氧化硼、石膏和硅烷偶联剂的组合；本发明3D打印用纳米粉体材料在打印过程中，能够快速成型，不脱层，同时具有极好的力学强度和光感应强度，使3D打印成型的产品具有光泽和美感，各部分原料互相作用，增强3D打印用纳米材料内部的结合力，改善本发明3D打印用纳米粉体材料性能，共同提高本发明的产品质量，使其应用更广。

权利要求

1.一种3D打印用纳米粉体材料，其特征在于，所述3D打印用纳米粉体材料由以下重量份的原料组成：纳米碳纤维30份～45份，纳米玻璃纤维10份～20份，纳米氧化镁20份～40份，表面增强剂4份～6份，抗氧化剂0.8份～1.6份，增韧剂0.6份～0.8份；所述表面增强剂为氧化硼、石膏和硅烷偶联剂的组合；所述氧化硼、石膏和硅烷偶联剂的质量比为2：2：3。

2.根据权利要求1所述的3D打印用纳米粉体材料，其特征在于，所述3D打印用纳米粉体材料由以下重量份的原料组成：纳米碳纤维40份，纳米玻璃纤维16份，纳米氧化镁32份，表面增强剂5份，抗氧化剂1.2份，增韧剂0.7份。

3.根据权利要求1所述的3D打印用纳米粉体材料，其特征在于，所述抗氧化剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、硫代二丙酸双月桂酯和亚硝酸三苯酯中的一种或者组合。

4.根据权利要求1所述的3D打印用纳米粉体材料，其特征在于，所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯三元共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、氯化聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或者组合。

5.一种如权利要求1～4中任一项所述的3D打印用纳米粉体材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：

S10，将所述重量份的表面增强剂用乙醇配制成质量百分比为8％～10％的溶液，加入研磨机中，并加入所述重量份的纳米玻璃纤维、纳米碳纤维，研磨机在温度为35℃～40℃条件下，研磨1h～4h，得到组分A；

S20，S10所得的组分A中加入所述重量份的纳米氧化镁，在温度为30℃～35℃条件下，研磨2h～6h，过滤并在常压、温度为115℃～120℃条件下干燥4h，得到组分B；

S30，将S20所得的组分B粉碎过60目～100目筛，加入所述重量份的抗氧化剂和增韧剂，振荡30min～60min，在温度为65℃～75℃的条件下，超声2h～3h后，通过双螺杆挤出机热熔塑化，并通过切粒机造粒，所得颗粒冷却后粉碎得到所述3D打印用纳米粉体材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S10中，所述研磨机转速为600r/min～1000r/min。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S20中，所述研磨机转速为400r/min～800r/min。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S30中，所述热熔塑化温度为230℃～255℃。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S30中，所述切粒机温度为150℃～160℃。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S30中，所述3D打印用纳米粉体材料的粒径为30nm～40nm。

说明书

技术领域

本发明属于快速成型的材料技术领域，具体涉及一种3D打印用纳米粉体材料及其制备方法。

背景技术

三维打印(ThreeDimonsionPrinting,简称3D)是一种快速成型技术，可将计算机设计的三维模型数据分为层片模型数据，将特定原材料一层一层堆积成型直至完成整个实体的构建。3D成型具有成本低、工作过程无污染、成型速度快等优点。

科技的快速发展，快速成型技术已经广泛应用于生活各个领域，目前3D打印用的材料基本都是塑料材料、金属材料或陶瓷基材料，成本比较高，对于3D打印的全面推广造成了很大的限制，而且由于3D快速成型材料粉末的粒径较大，使薄壁零件不易成型，微小零件的成型精度不够高，表面存在较明显的粗糙感，为了能早日将3D打印技术更普遍的应用在各个行业领域，急需发明一种成本低、粒径小，应用范围广的3D打印材料来满足市场的而需求和行业的发展。

中国专利CN104291338A公开了一种三D打印快速成型纳米碳化硅材料的制备方法，其特征在于该方法具有以下步骤：(1)纳米碳化硅预处理：将5％～15％的3-氨基丙基三乙氧基硅烷和85％～95％的纳米碳化硅，室温研磨2～6h，得到预处理纳米碳化硅；(2)快速成型纳米碳化硅材料的制备：将60％～75％无水乙醇和20％～35％的预处理纳米碳化硅，在冰浴下，超声反应4-6h，再加入2％～10％的二酚基丙烷缩水甘油醚，搅拌混合均匀，置于50±3℃恒温、反应8～14h，喷雾干燥，得到快速成型纳米碳化硅材料。该材料温度在153～159℃范围内，压力在1MPa～10MPa的范围内直接成型，具有制备工艺简单，条件易于控制，生产成本低，易于工业化生产，此发明中采用二氧化硅制备的3D打印材料的光泽和立体感不明显，结构强度很大，产品机械强度韧性欠佳。

中国专利CN104310948A公开了一种三D打印快速成型无机粉末材料的制备方法，其特征在于该方法包括：在研磨机中，按质量百分浓度加入乙烯基三乙氧基硅烷：8％～22％，加入无机粉末材料：78％～92％，开启研磨机转速在200转/分钟，室温研磨4～6h，得到预处理无机粉末材料；然后在研磨机中，按质量百分浓度加入预处理无机粉末材料：85％～96％，加入EVA热熔胶粉：4％～15％，开启研磨机转速在200转/分钟，室温研磨4～6h，所得到三D打印快速成型无机粉末材料。具有制备工艺简单，条件易于控制，生产成本低，易于工业化生产。该材料不需要喷洒粘结剂在加热140～180℃，压力在2MPa～6MPa的范围内可直接成型，成型操作简单，此发明中主要采用无极粉末原料，各原料之间的结合力和相容性不能得到有效的调和，对制备的三D打印快速成型无极粉末材料的成型性和韧性都有一定的限制，有待改进。

因此，本发明针对以上问题，发明一种3D打印用纳米粉体材料，具有快速成型、结构稳定，生产成本低，使用寿命长的特点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的不足而提供一种3D打印用纳米粉体材料，改善目前D打印用粉体材料应用受限，制备工艺复杂，材料成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采取如下的技术方案：

一种3D打印用纳米粉体材料，由以下重量份的原料组成：纳米碳纤维30份～45份，纳米玻璃纤维10份～20份，纳米氧化镁20份～40份，表面增强剂4份～6份，抗氧化剂0.8份～1.6份，增韧剂0.6份～0.8份；所述表面增强剂为氧化硼、石膏和硅烷偶联剂的组合；所述氧化硼、石膏和硅烷偶联剂的质量比为2：2：3。

进一步的，3D打印用纳米粉体材料由以下重量份的原料组成：纳米碳纤维40份，纳米玻璃纤维16份，纳米氧化镁32份，表面增强剂5份，抗氧化剂1.2份，增韧剂0.7份。

进一步的，抗氧化剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、硫代二丙酸双月桂酯和亚硝酸三苯酯中的一种或者组合。

更进一步的，增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯三元共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、氯化聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或者组合。

上述主要成分的作用为：

表面增强剂可以有效改善纳米碳纤维、纳米玻璃纤维、纳米氧化镁的表面结构，增强各原料之间的相容性，同时更好的结合增韧剂和抗氧化剂，避免制备的3D打印用纳米粉体材料在打印过程中出现分层、脱落；抗氧化剂增强各原料之间的融合力，同时使得3D打印用纳米粉体材料在打印过程中容易成型，抗氧化，使用寿命长；添加增韧剂提高3D打印用纳米粉体材料的抗拉、抗压、抗冲击能力，方便成型，同时使得3D打印用纳米粉体材料应用范围更广，使用时间更长。

根据本发明的另一目的，在于提供一种上述3D打印用纳米粉体材料的制备方法，包括以下步骤：

S10，将所述重量份的表面增强剂用乙醇配制成质量百分比为8％～10％的溶液，加入研磨机中，并加入所述重量份的纳米玻璃纤维、纳米碳纤维，研磨机在温度为35℃～40℃条件下，研磨1h～4h，得到组分A；

S20，S10所得的组分A中加入所述重量份的纳米氧化镁，在温度为30℃～35℃条件下，研磨2h～6h，过滤并在常压、温度为115℃～120℃条件下干燥4h，得到组分B；

S30，将S20所得的组分B粉碎过60目～100目筛，加入所述重量份的抗氧化剂和增韧剂，振荡30min～60min，在温度为65℃～75℃的条件下，超声2h～3h后，通过双螺杆挤出机热熔塑化，并通过切粒机造粒，所得颗粒冷却后粉碎得到所述3D打印用纳米粉体材料。

进一步的，S10中，研磨机转速为600r/min～1000r/min。

进一步的，S20中，研磨机转速为400r/min～800r/min。

进一步的，S30中，热熔塑化温度为230℃～255℃。

更进一步的，S30中，切粒机温度为150℃～160℃。

更进一步的，S30中，3D打印用纳米粉体材料的粒径为30nm～40nm。

本发明的优点和有益效果是：

1.本发明公开的3D打印用纳米粉体材料，添加纳米玻璃纤维、纳米碳纤维增强3D打印用纳米粉体材料基本性能，使其在打印过程中，能够快速成型，不脱层，同时纳米玻璃纤维可以增强本发明的力学强度和光感应强度，使3D打印成型的产品具有极好的光泽和美感；添加纳米氧化镁增强3D打印用纳米粉体材料的抗压抗冲击能力，保持3D打印成型产品结构稳定；通过添加其他增韧剂和抗氧化剂，各部分原料互相作用，增强3D打印用纳米材料内部的结合力，改善本发明3D打印用纳米粉体材料性能，共同提高本发明的产品质量，使其应用更广；

2.在本发明公开的3D打印用纳米粉体材料可以降低其生产成本，可以避免目前市场上因为价格因素对其适用范围限制的问题，同时本发明3D打印用纳米分体材料具有良好的耐磨性能，使用寿命长；

3.本发明公开的3D打印用纳米粉体材料立体感强，应用于3D打印过程中，降低成本的同时，提高产品美感和力学强度，很适合广泛推广。

4.本发明结合现代先进工艺，制备方法简单、加工成本低、所制备的3D打印用纳米粉体材料质量好、方便使用。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例1

一种3D打印用纳米粉体材料

原料以及配料组成：(单位：g)

3D打印用纳米粉体材料由以下重量份的原料组成：纳米碳纤维300g，纳米玻璃纤维100g，纳米氧化镁200g，表面增强剂40g，抗氧化剂8g，增韧剂6g；所述表面增强剂为氧化硼、石膏和硅烷偶联剂的组合；所述氧化硼、石膏和硅烷偶联剂的质量比为2：2：3。

通过如下方法制备：

S10，将所述重量份的表面增强剂配制成质量百分比为8％的乙醇溶液，加入研磨机中，并加入所述重量份的纳米玻璃纤维、纳米碳纤维，研磨机在温度为35℃，转速为600r/min条件下，研磨1h，得到组分A；

S20，S10所得的组分A中加入所述重量份的纳米氧化镁，在温度为30℃，研磨机转速为400r/min条件下，研磨2h，过滤并在常压、温度为115℃条件下干燥4h，得到组分B；

S30，将S20所得的组分B粉碎过60目筛，加入所述重量份的抗氧化剂和增韧剂，振荡30min，在温度为65℃的条件下，超声2h后，通过双螺杆挤出机在温度为230℃条件下热熔塑化，并通过切粒机在温度为150℃条件下造粒，所得颗粒冷却后粉碎得到所述3D打印用纳米粉体材料。

上述操作中3D打印用纳米粉体材料的粒径为30nm。

实施例2

一种3D打印用纳米粉体材料

原料以及配料组成：(单位：g)

3D打印用纳米粉体材料由以下重量份的原料组成：纳米碳纤维450g，纳米玻璃纤维200g，纳米氧化镁400g，表面增强剂60g，抗氧化剂16g，增韧剂8g；所述表面增强剂为氧化硼、石膏和硅烷偶联剂的组合；所述氧化硼、石膏和硅烷偶联剂的质量比为2：2：3。

通过如下方法制备：

S10，将所述重量份的表面增强剂用乙醇配制成质量百分比为10％的溶液，加入研磨机中，并加入所述重量份的纳米玻璃纤维、纳米碳纤维，研磨机在温度为40℃，转速为1000r/min条件下，研磨4h，得到组分A；

S20，S10所得的组分A中加入所述重量份的纳米氧化镁，在温度为35℃，机转速为800r/min条件下，研磨6h，过滤并在常压、温度为120℃条件下干燥4h，得到组分B；

S30，将S20所得的组分B粉碎过100目筛，加入所述重量份的抗氧化剂和增韧剂，振荡60min，在温度为75℃的条件下，超声3h后，通过双螺杆挤出机在温度为255℃条件下热熔塑化，并通过切粒机在温度为160℃条件下造粒，所得颗粒冷却后粉碎得到所述3D打印用纳米粉体材料。

上述操作中3D打印用纳米粉体材料的粒径为40nm。

实施例3

一种3D打印用纳米粉体材料

原料以及配料组成：(单位：g)

3D打印用纳米粉体材料由以下重量份的原料组成：纳米碳纤维350g，纳米玻璃纤维120g，纳米氧化镁240g，表面增强剂46g，抗氧化剂10g份，增韧剂6.8g；所述表面增强剂为氧化硼、石膏和硅烷偶联剂的组合；所述氧化硼、石膏和硅烷偶联剂的质量比为2：2：3。

通过如下方法制备：

S10，将所述重量份的表面增强剂用乙醇配制成质量百分比为8％的溶液，加入研磨机中，并加入所述重量份的纳米玻璃纤维、纳米碳纤维，研磨机在温度为38℃，转速为700r/min条件下，研磨2h，得到组分A；

S20，S10所得的组分A中加入所述重量份的纳米氧化镁，在温度为32℃，机转速为500r/min条件下，研磨3h，过滤并在常压、温度为116℃条件下干燥4h，得到组分B；

S30，将S20所得的组分B粉碎过80目筛，加入所述重量份的抗氧化剂和增韧剂，振荡40min，在温度为65℃的条件下，超声2h后，通过双螺杆挤出机在温度为235℃条件下热熔塑化，并通过切粒机在温度为152℃条件下造粒，所得颗粒冷却后粉碎得到所述3D打印用纳米粉体材料。

上述操作中3D打印用纳米粉体材料的粒径为40nm。

实施例4

一种3D打印用纳米粉体材料

原料以及配料组成：(单位：g)

3D打印用纳米粉体材料由以下重量份的原料组成：纳米碳纤维400g，纳米玻璃纤维180g，纳米氧化镁360g，表面增强剂560g，抗氧化剂14g，增韧剂7.8g；所述表面增强剂为氧化硼、石膏和硅烷偶联剂的组合；所述氧化硼、石膏和硅烷偶联剂的质量比为2：2：3。

通过如下方法制备：

S10，将所述重量份的表面增强剂用乙醇配制成质量百分比为10％的溶液，加入研磨机中，并加入所述重量份的纳米玻璃纤维、纳米碳纤维，研磨机在温度为38℃，转速为900r/min条件下，研磨3h，得到组分A；

S20，S10所得的组分A中加入所述重量份的纳米氧化镁，在温度为34℃，机转速为700r/min条件下，研磨5h，过滤并在常压、温度为120℃条件下干燥4h，得到组分B；

S30，将S20所得的组分B粉碎过100目筛，加入所述重量份的抗氧化剂和增韧剂，振荡50min，在温度为72℃的条件下，超声3h后，通过双螺杆挤出机在温度为245℃条件下热熔塑化，并通过切粒机在温度为158℃条件下造粒，所得颗粒冷却后粉碎得到所述3D打印用纳米粉体材料。

上述操作中3D打印用纳米粉体材料的粒径为30nm。

实施例5

一种3D打印用纳米粉体材料

原料以及配料组成：(单位：g)

3D打印用纳米粉体材料由以下重量份的原料组成：纳米碳纤维400g，纳米玻璃纤维160g，纳米氧化镁320g，表面增强剂50g，抗氧化剂12g，增韧剂7g；所述表面增强剂为氧化硼、石膏和硅烷偶联剂的组合；所述氧化硼、石膏和硅烷偶联剂的质量比为2：2：3。

通过如下方法制备：

S10，将所述重量份的表面增强剂用乙醇配制成质量百分比为9％的溶液，加入研磨机中，并加入所述重量份的纳米玻璃纤维、纳米碳纤维，研磨机在温度为35℃，转速为800r/min条件下，研磨2.4h，得到组分A；

S20，S10所得的组分A中加入所述重量份的纳米氧化镁，在温度为35℃，机转速为600r/min条件下，研磨4h，过滤并在常压、温度为120℃条件下干燥4h，得到组分B；

S30，将S20所得的组分B粉碎过80目筛，加入所述重量份的抗氧化剂和增韧剂，振荡45min，在温度为70℃的条件下，超声2.5h后，通过双螺杆挤出机在温度为240℃条件下热熔塑化，并通过切粒机在温度为155℃条件下造粒，所得颗粒冷却后粉碎得到所述3D打印用纳米粉体材料。

上述操作中3D打印用纳米粉体材料的粒径为40nm。

实验例

采用上述各实施例1～5制备得到的3D打印用纳米粉体材料，用于3D打印用纳米粉体材料基本性能的研究，进一步证实了该3D打印用纳米粉体材料的作用：

测试1：对实施例1～5制得的3D打印用纳米粉体材料进行基本性能检测，测试结果如表1中所示：

表1实施例1～53D打印用纳米粉体材料基本性能测试结果

从表1中可看出，实施例1～5制得的3D打印用纳米粉体材料pH显中性，耐磨强度、冲击强度、渗透系数、断裂伸长率和抗震延性系数均比较稳定，适合广泛使用。

此外，本发明提供的3D打印用纳米粉体材料在使用过程中不脱层，结构稳定，具有光泽和美感，且使用寿命长。

以上仅为本发明的优选实施例及实验例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

一种3D打印用纳米粉体材料及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。