《高分子材料加L工实验》 实验三十 高分子材料3D打印实验 一、目的和要求 1、了解3D打印高分子材料的发展； 2、了解高分子材料3D打印技术： 3、掌握3D打印原材料或产品性能测试与表征的方法。 二、实验概述 3D打印即快速成型技术(RP),也称增材制造，是上世纪90年代发展起来 的一项先进制造技术，它是一种基于材料添加法的制造技术，它可以把产品设计 开发者的意图快速地变成物理原型。以ABS、PP、PLA等高分子树脂材料、光敏 树脂、橡胶、尼龙、治金粉末、陶瓷粉末、钛合金、细胞组织等作为原材料，采 用材料累加法，根据CAD3D模型数据、物体三维扫描数据、CT或MRI数据直接 生成实体模型，利用激光束、热熔喷嘴等方式将材料进行逐层堆积黏结，最终叠 加成型，制造出实体产品。任意复杂的3D模型数据可被切片成一系列相对简单 的2D数据，通过一定的手段再堆叠成为实体，实现“无模制造” 3D打印这种快速成型技术，与传统切割“减材”成型的技术不同，它采用 “加法”原则，因此使材料得到最充分的利用。3D打印技术应用面广，包括工 业、医疗、设计、艺术、教有等领域。但由于其成型时间长，耗材特殊，成本较 高，目前的3D打印机多用于制作各种原型及个性化定制成品。 目前，化工行业既为3D打印提供主要的原材料，也是其应用的重点行业之 一。与传统的制造模式相比，由于3D打印无需道具与加工模具等生产准备，即 可实现任意复杂形状零件原型制造，具有速度快、精度高、性能稳定等优点。同 时，该技术可使用多种耗材制作各种产品，使新产品设计开发周期缩短数倍甚至 数十倍，费用节省30%-50%，加工效率提高3-5倍，新品成功率显著提高，产品 开发成本和市场风险有效降低。 3D打印的技术分类： 1、3DP技术：是使用标准喷墨打印技术，通过将液态连结体喷涂在粉末薄层上， 以打印横截面数据的方式逐层创建各部件，创建三维实体模型，采用这种技术打 印成型的样品模型不仅与实际产品具有同样的色彩，还可将彩色分析结果直接描 绘在模型上，模型样品所传递的信息较大。 2、FDM熔融层积成型技术：是将丝状的热熔性材料加热融化，经计算机控制， 三维喷头根据截面轮廓信息，将材料选择性地喷涂在工作台上，快速冷却后形成 一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度（即分层厚度）再成型下 一层，直到得到整个实体造型。其成型材料种类多，精度较高，成型件强度高、 主要适用于成型小塑料件。 3、SLA立体平版印刷技术：是以光敏树脂为原料，经计算机控制激光，按零件 的各分层截面信息在液态的光敏树脂表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层 产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层；一层固化完成后，工作台向下移 一个层厚的距离，然后在原先固化好的树脂表面再铺上一层新的液态树脂，直到 形成三维实体模型。该方法自动化程度高，成型速度快，可成形任意复杂形状， 尺寸精度高，主要应用于高精度复、杂的精细工件快速成型。 4、SLS选区激光烧结技术：是指预先在工作台上喷涂一层粉末材料（金属粉末 或非金属粉末)，在计算机控制下，激光按照界面轮廓信息对实心部分粉末进行 This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit www.print2flash.com for more information
《高分子材料加工实验》 烧结，然后不断循环，层层堆积成型。该方法材料选择范围广，制造工艺简单， 成型速度快，成本较低，主要应用于铸造业直接制作快速模具。 5、DLP激光成型技术：和SLA立体平版印刷技术类似，它是使用高分辨率的数 字光处理器(DLP)投影仪来固化液态光聚合物，逐层地进行光固化，由于每层固 化时通过幻灯片似的片状固化，因此比同类型的SLA立体平版印刷技术速度更 快。该技术成型精度高，在材料属性、表面光洁度和细节方面可匹敌注塑成型的 耐用塑料部件。 6、UV紫外线成型技术：和SLA立体平版印刷技术类似，它是利用UV紫外线照 射液态光敏树脂，一层一层由下而上堆积成型。在同类技术中成型的精度最高， 成型过程没有噪音产生，通常适合精度要求高的珠宝和手机外壳等行业。 影响因素 模型 在这里，边缘加固是指在模型外围扩展打印几圈以加固模型及防止翘 边。打印底座是指在底层下边增加两至四层网状结构，打印底座一般 用于没有热床的机型使用。笔者采用的是边缘加固。 影响因素 打印温度 耗材通常用PLA材料和ABS材料 “打印确保喷头和底板的温度达到相应耗材所需要的温度，经过我们实 验总结，一般ABS材料(220℃，105~109℃)PLA材料是 (180℃，65-69℃) 在大量的操作实验中，没有底坐的模型底板的温度可以适当提高一般 提高2~4度即可，提高的温度太高则会使物体打印变形 42打印的最佳环境是25度，对于加热板冬天可以适当升温，夏天奇 以适当降温 ·3可以设置底座即为物体增加个做垫层（为了曾加物体底部的吸附力）】 对一些细长，底尖之类的物体有用 ，在参数设置时给模型加入底座则，可以解决打印容易翘边的问题 本实验以PLA等树脂为原料，采用AutoCAD软件，按照最新塑料国家标准设计 3D模型，并3D打印成型；通过和注塑成型法制备的PLA试样条进行比较，分析各 种试样条的力学性能和热性能：借助红外光谱、综合热分析仪等分析其原料和产 品性能，以确定最佳的3D打印材料的改性方案。 三、仪器、设备和材料 1、仪器、设备 CASET135或CASET250pro或CASET320pro型3D打印机（中科院电子技术有限 公司)： RGT-10型微机控电子万能试验机（深圳市瑞格尔仪器公司）、KLXL-5.5D型数显冲 击试验机（东莞市昆仑检测仪器有限公司）、游标卡尺： NR-400A型熔体流动速率仪或NR-400BB融熔指数仪（广州市祥利仪器有限公司）： H-401A双滚筒混合机（开炼机）（东莞锡华检测仪器有限公司）、KY-3201S手动 压片机（广东开研精密机械设备厂）、天平： DX-30型注塑机（顺德建华塑料机械厂）、挤出机、模具。 2、材料 PLA、ABS、PC、HIPS等树脂线材（中科院电子技术有限公司）： This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit www.print2flash.com for more information
《高分子材料加工实验》 聚乳酸线材、木线（深圳颖尚光电有限公司）： 聚乳酸线材、木线（深圳意可曼有限公司）： 聚乳酸粒料（深圳光华有限公司）： 木粉、碳酸钙、纤维素等填料。 四、实验内容 以PLA等树脂为原料，通过化工制图AutoCAD软件设计，按照最新国家塑料 标准设计各种试样条的3D模型，并通过3D打印机打印成型；采用注塑成型法制 备各种PLA试样条：利用微机控制电子万能试验机测试各种试样条的拉伸、弯曲、 直角撕裂和冲击强度等，分析3D打印试样条和注塑成型试样条的力学性能：利 用熔体流动速率仪、红外光谱、综合热分析仪等分析其原料和产品性能，以确定 最佳的3D打印材料的改性方案。 五、实验步骤 1、原材料的制备：通过挤出机制备各种配方的线材； 2、设计3D模型，并通过3D打印成型机打印各种PLA试样条 CAD输出成.stl格式一装载一生成、保存gcode-一预备一-回到原点一预热PLA(一信息屏 一装料一打开夹一推到底一上丝一出料)一从SD卡选择打印(ABS、PLA)一主界面一（停 止、暂停)回到原点一复位 a.CASET 135:选择打印机3 D Personal:PLA温度207℃，平台温度0℃：ABS温度 220-240℃，平台温度70℃：P℃温度300℃，平台温度100℃：HPS温度240℃，平台温度 70℃： b.CASET250:选择打印机3 DProfessional:PLA温度230℃，平台温度35℃：ABS温度 240℃，平台温度120℃：PC温度250℃，平台温度120℃：左喷头为主喷头，不同颜色部 分可保存为不同的s1文件，在平台中心按鼠标右键双头合并：需要移动皮条，可按最下方 的解除电机键 3、采用注塑或压片成型法制备各种PLA试样条： 4、测试各种试样条的拉伸、弯曲、直角撕裂和冲击强度，并进行分析对比： 5、利用熔体流动速率仪、红外光谱、综合热分析仪等分析其原料和产品性能。 六、实验记录与处理 1、进行3D打印高分子材料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定(GB/T 3682-2000《热塑性塑料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定》) 2、3D打印高分子材料注塑试样的制备((GB/T170373-2003《塑料热塑性塑料 材料注塑试样的制备》)： 3、3D打印高分子材料拉伸性能测试(GB/T1040.1-2006《塑料拉伸性能的测 定》)： 4、3D打印高分子材料弯曲性能测试GB/T9341-2008《塑料弯曲强度的测定》)： 5、3D打印高分子材料直角撕裂性能测试QBT1130-1991塑料直角撕裂的测定》 6、3D打印高分子材料冲击性能测试(GB/T1843-2008《塑料悬臂梁冲击试验 方法》)： 7、通过红外光谱(TIR)、热分析等方法表征该材料的化学结构 8、确定最佳的3D高分子线材的最佳配方、性能测定方法和3D打印方法。 9、建模。 This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit www.print2flash.com for more information
《高分子材料加L工实验》 房日昼X凤■ 前印 平白 其他： Temperature 207 Bed temp 工件极型板作 3 This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit www.print2flash.com for more information
