PCL和PLA3D打印耗材的热性能如图。DSC测试表明,PCL玻璃化温度为-64°C左右,熔点在56.5°C。PLA的Tg在64°C,熔点为150°C,但PCL和PLA都是塑料。PCL与PLA都是聚酯,但是PCL酯键之间是5个-CH2,而PLA的酯键之间是-CH(CH3)-。相比PLA,PCL的主链柔顺性更好,主链结构更加规整,因此其Tg非常低,但其结晶度较高,室温下是塑料。但由于主链柔性较好,Tg低,PCL屈服强度较低,韧性好。WiibooxOne型3D打印机是近端进料,齿轮将未熔融的线材推进喷头,将喷头里熔融的线材从喷嘴挤出,然后自身被熔融。低温时,PCL熔体的挤出压力较高,因此挤出过程中会弯曲缠绕在齿轮上从而卡主齿轮。而PLA是刚性材料,并且粘度低,挤出压力很小,因此能顺利从喷嘴挤出,线材自身不会弯曲。
但是,190°C和210°C打印,从喷嘴挤出的线材凝固速率太慢,无法固定在模型指定位置。从DSC曲线可以发现,PCL的结晶温度在18°C左右,熔点为56.5°C。但是打印温度高达190°C以上,从喷嘴挤出的熔体温度太高,材料降温凝固时间太长。从喷头挤出的PCL丝材沉积在打印平台上后无法快速凝固,不能沉积在模型需要的位置,反而跟随喷头一起运动,最后沉积在其他地方。
我们对3D打印机的打印平台进行改进,连接上低温恒温水浴,将其降温到0°C。再次在190°C打印,刚开始打印,喷头挤出的PCL丝材能凝固粘住平台。但是随着打印样品的层数增加,己经沉积的材料的温度高于打印平台,并且聚合物导热性较差,新挤出的材料沉积在上面,凝固较慢,仍然跟随喷头移动,导致产生较多的缺陷,尤其是样品边缘位置。
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