清華大學(xué)研究PLA和PBS的共混物是否適合FDM 3D打印

來自北京清華大學(xué)的三位研究人員最近發(fā)表了一篇題為“用于熔融沉積建模3D打印的聚（丁二酸丁二醇酯）/聚丙交酯混合物的制備和表征”的論文,，“關(guān)于制備PLA材料與各種成分的PBS的混合物，然后驗證它們是否適合用作FDM 3D打印的絲材,。

摘要中寫道：“為了獲得用于熔融沉積成型（FDM）打印的高韌性和高強度的新型可生物降解材料,，通過與聚乳酸（PLA）共混制備了一系列聚（丁二酸丁二醇酯）（PBS）基聚合物材料。對共混物的流變性能,、熱性能和機械性能以及FDM打印性能,，如變形,、橫截面和層間粘合強度進行了表征。結(jié)果表明,，增加PLA含量,，共混物具有較高的熔體粘度，較大的拉伸強度和模量,，更適合于FDM打印,。特別是當PLA的含量大于40％時，由于殘余應(yīng)力收縮引起的變形在打印過程中消失,，從而得到尺寸精度好,、光澤珠光的產(chǎn)品。結(jié)果表明,，粘度適中,、結(jié)晶度低、模量高的共混物更適合于FDM打印,。與商業(yè)FDM打印材料斷裂時的低伸長率相比，PBS / PLA共混物材料表現(xiàn)出典型的延性行為,，伸長率為90-300％,。因此，PBS / PLA共混物除了具有生物降解性之外,，還具有優(yōu)異的機械性能和作為FDM打印材料的適用性,。此外，我們的研究有望提供評估熱塑性聚合物材料是否適合FDM打印的方法,�,！�

通過FDM 3D打印制備的PBS /PLA混合棒的外觀

在原型設(shè)計方面，F(xiàn)DM是最廣泛采用的技術(shù)之一,，并且已經(jīng)對該技術(shù)進行了大量的材料研究,。研究人員一直在努力開發(fā)用于FDM 3D打印的新型聚合物材料，具有高尺寸精度和良好的機械性能,。PLA,，理論上可以在自然條件下制成二氧化碳和水，但不幸的是它是脆性材料,，這限制了它的應(yīng)用,。

PBS具有良好的熱穩(wěn)定性，熔點較低,，延展性好,，這使其適用于FDM 3D打印。但是,，關(guān)于使用3D打印絲材的研究還不多,。

研究人員解釋說：“低熔體強度導(dǎo)致擠出時難以連續(xù)形成單絲的原因之一,，這使得打印失敗了一半。此外,，冷卻過程中相對較大的體積收縮引起的變形可能在結(jié)晶后發(fā)生,，從而導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷。因此,，PBS的改性對于上述缺點和對該材料適用于FDM打印來說是非常必要的,。”

通過共混材料,，可以將這兩種組分的優(yōu)點結(jié)合起來,，這就是為什么這種改性方法經(jīng)常用于聚合物材料的原因。關(guān)于PBS共混物在FDM 3D打印中的應(yīng)用研究甚少,，因此清華研究團隊也在加大力度,。

研究人員寫道：“研究了共混物的流變性、熱學(xué)和機械性能,，并用這些絲材打印了不同的樣品,，以評估它們對FDM系統(tǒng)的適用性。還測定了打印產(chǎn)品中的層間粘合強度,。此外,，我們期望找到材料性能與FDM打印性能之間的關(guān)系，以便為判斷熱塑性聚合物材料（不限于聚合物共混物）是否適合FDM打印提供參考,�,！�

垂直打印的PBS40/ PLA60樣品用于測試層間粘合強度

    該團隊首先在真空烘箱中將PBS和PLA顆粒在65℃下干燥12小時，然后將混合顆粒擠出成絲材用于FDM 3D打印,。除了一些其他形狀,，如兔子，還打印了長方體模型以顯示變形,，這可能是FDM中需要克服的障礙,。

測量了聚合物共混熔體的剪切粘度以及熱性能，如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,。除了對這些棒進行熱分析,，以“研究FDM打印工藝對PBS/PLA共混物結(jié)晶行為的影響”之外，研究人員還注射成型聚合物共混物顆粒,，制成啞鈴形和長方體棒用于拉伸和沖擊試驗,。

研究人員解釋說：“所有共混物都顯示出優(yōu)異的加工性能，可通過單螺桿擠出機擠出成直徑為1.75毫米的單絲,。隨著PBS含量的增加,，共混物的斷裂伸長率和沖擊強度出現(xiàn)。然而，由于共混物中結(jié)晶度較高,，導(dǎo)致較大的體積收縮,，打印棒的變形增加。此外,，由于熔體粘度降低,，層間粘合強度提高。當共混物中的PLA含量不低于40wt%時,，F(xiàn)DM打印在室溫下也不能觀察到變形,，也不能脫離平臺，可以順利進行,�,！�

該論文指出PBS60 / PLA40和PBS40/ PLA60在層間粘合強度、材料韌性和變形方面是用于FDM 3D打印的“最佳共混組合物”,。

研究人員總結(jié)道：“珍珠般的光澤,、良好的機械性能以及良好的尺寸精度，生物基PBS /PLA是生產(chǎn)FDM絲材的新型材料,，適用于許多領(lǐng)域,，特別是建筑設(shè)計。此外,，我們研究還將為評估熱塑性聚合物材料是否適合FDM打印提供參考,。”


來源：增材之光