[發明專利]一種用于3D打印的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）粉料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410183125.2
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103980428A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 馬永梅;黨小飛;張京楠;曹新宇;王佛松;孫文華;趙寧;董金勇;李春成;符文鑫;林學春
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C08F279/04
• 分類號: C08F279/04;C08F2/26;C08F2/30;B29C67/00
• 代理公司: 北京慶峰財智知識產權代理事務所(普通合伙) 11417
• 代理人: 劉元霞;謝蓉

技術領域

本發明是一種丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)材料及其制備方法，特別涉及一種用于3D打印的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)材料及其制備方法。

背景技術

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)具有較好的力學綜合性能，并擁有耐腐蝕、塑性好、成形加工靈活、成本低等優越性。在汽車工業、電子電器部件、紡織器具等方面有廣泛的應用。但由于受到原料組分、聚合工藝等諸多局限，其在耐熱穩定性、耐沖擊強度、低溫韌性、加工流動性等方面不能滿足要求，尤其是在一些高端材料應用方面存在加工性能與材料性能的限制。

3D打印又稱“快速成形技術”、“快速原型制造技術”(Rapid?Prototyping?Manufacturing，簡稱RPM)，上世紀80年代開始興起，是基于材料堆積法的一種高新制造技術，利用三維CAD的數據，通過快速成型機，將一層層的材料堆積成實體原型的方法。這種方法有諸多優點，其制造快速，可完全再現三維效果，使產品設計和模具生產同步進行，實現設計制造一體化，同時其用料廣泛，各類3D打印機設備上所使用的材料種類有：樹脂、尼龍、塑料、石蠟、紙以及金屬或陶瓷的粉末等。

目前成熟的3D打印技術有熔融層積成型技術，即FDM(Fused?Deposition?Modeling)材料，可打印的材料是尼龍和ABS，如美國STRATASYS公司已經推出了商業化的ABS的3D打印機，其所采用的就是該技術。選區激光燒結(SLS)是集CAD/CAM、數字控制技術、快速成型技術于一體的先進制造技術，與上述FDM工藝相比其本身具有加工成本低、時間短的特點，在作為傳出加工方法重要補充的同時，利用3D打印成形技術對丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)粉末材料進行加工，可以免除傳統加工過程中對材料本身熔體流動性、漿固性能方面的約束，因而可以增強工藝制造能力，保證材料本身性能的要求，如高膠含量帶來的低溫韌性，加入新單體共來的耐高溫性能等。

通常SLS技術及設備采用發射聚焦于目標區域的能量的激光。在生產部件的目標區域內在由激光所發射的能量的作用下部分熔融或軟化的粉末材料。操作時粉末所接受照射的激光能量的數量應足以快速形成部件薄片，因而在實施激光照射前必須將目標化境進行加熱，將粉末預熱到稍低于其熔點的溫度，然后在刮平棍子的作用下將粉末鋪平；激光束在計算機控制下根據分層截面信息進行有選擇地燒結，一層完成后再進行下一層燒結，全部燒結完后去掉多余的粉末，則可以得到一燒結好的零件。

具體地，SLS設備包括一種在將粉末層暴露于激光能量之前在目標表面上沉積一層光滑、水平的粉末材料的裝置。通過一個連接CAD/CAM系統的操縱光進行掃描以形成部件“薄片”的計算機來控制激光能量發射并局限于所選擇的目標區域部分。在粉末材料照射形成部件的第一層“薄片”后，將粉末材料的第二層沉積于目標區域內。由CAD/CAM程序所操縱的激光重新掃描目標區域中僅暴露的部分，得到部件的第二層“薄片”。不斷重復該方法直到部件“一片接一片”地逐漸累積形成完整的部件。

由于可燒結粉末的各種性能在確保選擇性激光燒結法存在一個操作窗口中具有舉足輕重的作用。也就是說，在某種程度的高溫下使聚合物顆粒發生軟化的現象減少至最低限度，使得粉末可保存于受熱的目標環境中而又不引發顆粒發生熔融現象，直至后來由掃描的激光束將能量快速集中提供給受熱的顆粒。

由于SLS成型方法有著制造工藝簡單，柔性度高、材料選擇范圍廣、材料價格便宜，成本低、材料利用率高，成型速度快等特點，針對以上特點SLS法主要應用于鑄造業，并且可以用來直接制作快速模具。

目前丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)制備工藝多采取摻混法或連續本體法。摻混法工藝生產穩定，產品豐富，但其流程復雜，需要兩套不同的工藝流程，能耗高，廢水污染大；而連續本體法在成本、環保方面均為最佳，其主要缺點在于產品范圍較窄，生產的產品性能有局限性，如不能生產高膠含量在20％以上的產品。現有用于3D打印工藝的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)粉末由上述產品深冷粉碎制得，所制備的產品種類、性能有限且顆粒不規則，粒徑分布不一，這些都會影響3D打印成形部件的性能。如：采用選區激光燒結(SLS)技術加工丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)時，所用粉體材料的粒徑在1-100um之間，其顆粒均勻性對加工部件力學均勻性、穩定性。

發明內容