非溶剂致相分离3D打印聚合物的成型工艺研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.11.011

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (11): 71-76.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.11.011

非溶剂致相分离3D打印聚合物的成型工艺研究

张莉彦, 高丽洁, 马昊鹏, 马具彪, 杨卫民, 焦志伟, 于源()

北京化工大学机电工程学院，北京 100029

收稿日期:2021-04-06 出版日期:2021-11-26 发布日期:2021-11-23
基金资助:
年度珠海市产业核心和关键技术攻关方向项目(ZH01084702180085HJL)

Study on Forming Process of 3D Printing Polymer Through Non⁃solvent Induced Phase Separation

ZHANG Liyan, GAO Lijie, MA Haopeng, MA Jubiao, YANG Weimin, JIAO Zhiwei, YU Yuan()

College of Mechanical and Electrical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China

Received:2021-04-06 Online:2021-11-26 Published:2021-11-23
Contact: YU Yuan E-mail:yuyuanjd@263.net

摘要/Abstract

摘要：

采用自行搭建的湿度可控的气辅式三维（3D）打印机，基于非溶剂致相分离原理，实现了常温下、高精度、低成本3D打印耐高温的聚合物材料。以聚醚酰亚胺（PEI）为例，探究了挤出压力、喷头直径、打印速度、打印环境相对湿度、打印层高等打印参数对成型质量的影响。结果表明，挤出丝料的宽度与打印速度、环境相对湿度有关，随打印速度和环境相对湿度的增大而减小；打印层高与挤出丝料的厚度有关，打印层高约等于挤出丝料的厚度的时，成型质量最好；通过多层沉积实验，得到最优的打印参数，成型了表面质量良好、精度高的PEI坯体。

关键词: 三维打印, 非溶剂致相分离, 聚醚酰亚胺, 成型工艺

Abstract:

Based on the principle of non-solvent induced phase separation， a self-made controllable humidity and gas-assisted 3D printer was used to conduct the 3D printing of high-temperature-resistant special engineering plastics with a high precision and a low cost at ordinary temperatures. Taking polyetherimide as a special engineering plastic example， the effects of extrusion pressure， nozzle diameter， printing speed， relative humidity of printing environment， and printing layer on the forming quality were investigated. The results indicated that the width of extruded wire was related to the printing speed and relative humidity of the printing environment， and it decreased with an increase in printing speed and relative humidity. The printing layer height was related to the wire height of extrusion slurry. When the printing layer height was about equal to the wire height of extrusion slurry， the forming quality was optimal. The optimal printing parameters were obtained from a multilayer deposition experiment， achieving the green body with a good surface quality and a precision.

Key words: three-dimensional printing, non?solvent induced phase separation, polyetherimide, forming process

中图分类号:

TQ 323.7

张莉彦, 高丽洁, 马昊鹏, 马具彪, 杨卫民, 焦志伟, 于源. 非溶剂致相分离3D打印聚合物的成型工艺研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(11): 71-76.

ZHANG Liyan, GAO Lijie, MA Haopeng, MA Jubiao, YANG Weimin, JIAO Zhiwei, YU Yuan. Study on Forming Process of 3D Printing Polymer Through Non⁃solvent Induced Phase Separation[J]. China Plastics, 2021, 35(11): 71-76.

图/表 13

图1 非溶剂致相分离3D打印原理示意图

Fig.1 Schematic diagram of 3D printing principle of non?solvent induced phase separation

图2 湿度可控的气辅式3D打印示意图

Fig.2 Schematic diagram of controllable humidity gas assisted 3D printer

喷头直径/ mm	挤出压力/MPa
喷头直径/ mm	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
0.41	0	0	0.001 0	0.001 9	0.003 7
0.60	0.000 9	0.002 1	0.004 3	0.007 6	0.010 6
0.84	0.003 3	0.007 0	0.011 6	0.016 7	0.022 5

表1 不同挤出压力和喷头直径下的浆料流量 (g/s)

Tab.1 Effect of extrusion pressure and nozzle diameter on slurry flow rate

图3 挤出压力和喷头直径与浆料流量的关系

Fig.3 Relationship between extrusion pressure and nozzle diameter and slurry flow rate

图4 打印速度与环境相对湿度对丝宽的影响

Fig.4 Effect of printing speed and environmental relative humidity on wire width

图5 打印速度大于12 mm/s时沉积的PEI丝料

Fig.5 Deposition of PEI wire at printing speed greater than 12 mm/s

图6 不同环境湿度下沉积的PEI丝料

Fig.6 Deposition of PEI wire under different environmental humidity

图7 打印速度与环境相对湿度对丝料厚度的影响

Fig.7 Effect of printing speed and environmental relative humidity on wire thickness

图8 不同打印层高的四棱台坯体

Fig.8 Prismatic green bodies with different printing layer heights

打印参数	打印速度/ mm·s^-1	打印环境相对湿度/%	打印层高/ mm
第一组	10	65~70	0.48
第二组	12	65~70	0.46
第三组	10	75~80	0.50
第四组	12	75~80	0.48

表2 多层沉积实验的打印参数

Tab.2 Setting of printing parameters

图9 不同打印参数下多孔PEI坯体

Fig.9 PEI porous grid green bodies under different printing parameters

图10 最优打印参数下成型的多孔PEI坯体

Fig.10 PEI porous grid green body formed under optimal printing parameters

图11 最优打印参数下成型的PEI坯体

Fig.11 PEI green bodies formed under optimal printing parameters

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