本发明涉及3d打印耗材，尤其涉及一种肤感3d打印耗材材料及其制备方法。
背景技术：
1、3d打印技术近年来在各个领域迅速发展,其中仿生材料的应用尤为引人注目。特别是在医疗、教育和产品设计等领域,对具有类似人体皮肤触感的3d打印材料需求日益增长。然而,现有技术在实现高仿真度皮肤触感的同时保持良好的3d打印性能和机械性能方面面临着诸多挑战:
2、1.触感仿真度不足:现有的3d打印材料主要以热塑性塑料(如pla、abs)为主,这些材料虽然具有良好的成型性,但触感生硬,与人体皮肤的柔软度和质地相差甚远。一些柔性材料(如tpu)虽然在柔软度方面有所改善,但仍无法准确模拟皮肤的复杂触感。
3、2.机械性能与柔软度的矛盾:为了提高触感仿真度,研究者尝试使用更柔软的材料或增加增塑剂含量。然而,这往往导致材料的机械强度和耐久性显著下降,无法满足实际应用的需求。特别是在医疗模型和训练用品等领域,材料需要同时具备类似皮肤的触感和足够的机械强度,这一矛盾在现有技术中难以解决。
4、3.3d打印性能不佳:许多具有柔软触感的材料在3d打印过程中存在严重问题。例如,材料流动性差导致打印精度低,层间结合力弱造成打印品容易分层,热稳定性差引起打印过程中的变形等。这些问题严重限制了仿生材料在3d打印领域的应用。
5、4.长期稳定性差:一些通过添加增塑剂或表面处理来改善触感的材料,往往面临长期使用过程中性能劣化的问题。例如,增塑剂迁移导致材料变硬,表面处理层脱落造成触感改变等。这使得产品在使用过程中无法保持稳定的性能。
6、5.成本和方法复杂性:为了解决上述问题,一些研究者尝试使用复杂的多材料打印技术或后处理方法。然而,这些方法往往大大增加了生产成本和方法复杂性,不利于大规模应用。
7、6.环境友好性不足:现有的一些仿生材料为了实现特定性能,使用了环境不友好的化学添加剂或难以降解的聚合物,这与可持续发展的要求相悖。
8、鉴于上述问题,开发一种能够同时实现高仿真度皮肤触感、优良机械性能和出色3d打印性能的材料变得尤为必要。这不仅能够推动仿生材料在3d打印领域的应用,还将为医疗模型、教育培训、个性化产品等领域带来革命性的进步。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，开发一种能够同时解决这些技术难题的一种肤感3d打印耗材及其制备方法，具有重要的现实意义和迫切需求。
2、本发明公开了一种肤感3d打印耗材,所述耗材包括以下重量份的组分:
3、聚氨酯弹性体60-70份；
4、改性二氧化硅15-25份；
5、聚乙二醇10-15份,其中所述聚乙二醇的分子量为4000；
6、硅烷偶联剂1-3份；
7、抗氧化剂0.1-0.5份。
8、具体地，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
9、具体地，所述抗氧化剂为bht。
10、所述的肤感3d打印耗材的制备方法,包括以下步骤:
11、a)将聚氨酯弹性体在180-200℃下熔融；
12、b)向所述熔融的聚氨酯弹性体中加入改性二氧化硅,并搅拌均匀；
13、c)向b)步骤得到的混合物中加入聚乙二醇,并继续搅拌；
14、d)向c)步骤得到的混合物中加入硅烷偶联剂和抗氧化剂,并搅拌30-60分钟；
15、e)将d)步骤得到的混合物冷却至室温,并切粒成型；
16、f)使用单螺杆挤出机将e)步骤得到的颗粒挤出成丝状,冷却后卷绕成线轴。
17、具体地，步骤b)中,所述改性二氧化硅的加入方式为缓慢加入。
18、具体地，步骤a)中,所述聚氨酯弹性体的熔融温度为190℃。
19、具体地，,步骤d)中,所述搅拌时间为45分钟。
20、具体地，,进一步包括在步骤f)之前对e)步骤得到的颗粒进行干燥处理。
21、具体地，所述干燥处理的温度为60-80℃,时间为2-4小时。
22、本发明还公开了所述的制备方法制得的肤感3d打印耗材。。
23、与现有技术相比，本发明能够达到以下有益效果：
24、1.卓越的皮肤仿真度:通过改性二氧化硅、聚氨酯弹性体和聚乙二醇的协同作用,本发明实现了极高的皮肤触感仿真度(触感评分高达8.7分)。改性二氧化硅在纳米尺度上模拟了皮肤的微观结构,聚乙二醇提供了适当的润滑感,而聚氨酯弹性体则赋予了材料整体的柔韧性。
25、2.优异的机械性能:本发明的材料展现出高强度(拉伸强度达28.1mpa)和高柔韧性(断裂伸长率480％)的完美结合。这得益于改性二氧化硅形成的增强网络结构和硅烷偶联剂增强的界面结合力。这种独特的结构使材料能够在保持柔软触感的同时,具备足够的机械强度和耐久性。
26、3.出色的3d打印性能:本发明的材料表现出极高的打印精度(尺寸精度偏差仅0.12％)和优异的表面质量(表面粗糙度ra值2.5μm)。聚乙二醇的加入改善了材料的流动性,而改性二氧化硅的网络结构提高了材料的尺寸稳定性。硅烷偶联剂的存在减少了层间界面的缺陷,显著提高了打印品质和层间结合强度。
27、4.优良的界面结合力:本发明材料的剥离强度高达4.8n/mm,远超对比例。这种强大的界面结合力源于硅烷偶联剂在改性二氧化硅表面和聚氨酯基体之间形成的化学键,不仅提高了材料的整体强度,还显著改善了3d打印品的层间结合力。
28、5.卓越的热稳定性:通过改性二氧化硅的热稳定作用、聚乙二醇的增塑效果以及抗氧化剂bht的协同作用,本发明的材料展现出优异的热稳定性。这不仅确保了3d打印过程的稳定性,还保证了打印品在长期使用中能保持良好的性能。
29、6.简单高效的制备方法:本发明采用简单的熔融混合法,无需复杂的后处理方法,大大降低了生产成本和方法复杂性,有利于大规模应用。
30、7.环境友好性:本发明使用的所有组分都具有良好的生物相容性和环境友好性,符合可持续发展的要求。
31、综上所述,本发明通过多组分的协同作用,成功解决了3d打印材料中触感仿真度与机械性能的矛盾,同时实现了优异的打印性能和长期稳定性。这种创新的材料设计为仿生材料和功能性3d打印开辟了新的可能性,有望在医疗模型、仿真训练、个性化产品等领域带来革命性的应用,推动3d打印技术向更高层次发展。
1.一种肤感3d打印耗材,其特征在于,所述耗材包括以下重量份的组分:
2.根据权利要求1所述的肤感3d打印耗材,其特征在于,所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
3.根据权利要求1所述的肤感3d打印耗材,其特征在于,所述抗氧化剂为bht。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的肤感3d打印耗材的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤b)中,所述改性二氧化硅的加入方式为缓慢加入。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤a)中,所述聚氨酯弹性体的熔融温度为190℃。
7.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤d)中,所述搅拌时间为45分钟。
8.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,进一步包括在步骤f)之前对e)步骤得到的颗粒进行干燥处理。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述干燥处理的温度为60-80℃,时间为2-4小时。
10.根据权利要求4-9中任一项所述的制备方法制得的肤感3d打印耗材。
