[發(fā)明專(zhuān)利]一種3D打印用高分子聚合物粉末材料的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410420068.5
• 申請(qǐng)日: 2014-08-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104191615A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏青松;王愛(ài)華;李正陽(yáng);丁剛;張海龍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 丹陽(yáng)惠達(dá)模具材料科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B29C67/00
• 分類(lèi)號(hào): B29C67/00
• 代理公司: 無(wú)
• 代理人: 無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先進(jìn)快速制造中的材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種3D打印用高分子聚合物粉末材料的制備方法。通過(guò)尼龍覆膜表面改性的高分子粉末材料，尤其適應(yīng)于激光選區(qū)燒結(jié)（Slective?Laser?Sinter，SLS）快速制造高分子件。

技術(shù)背景

部分高分子聚合物材料（聚醚醚酮，聚酰亞胺等）作為一種重要的結(jié)構(gòu)材料，具有較高強(qiáng)度、較高硬度、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。然而對(duì)于形狀復(fù)雜的高分子件，則需要通過(guò)復(fù)雜的模具來(lái)使其成形。但是，復(fù)雜的模具需要較高的制造成本與較長(zhǎng)的制造周期，同時(shí)，模具一旦制造完成，就無(wú)法再對(duì)高分子件產(chǎn)品的尺寸、形貌以及其他參數(shù)進(jìn)行修改，并且制約了原型件以及小批量的高分子件的生產(chǎn)。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，產(chǎn)品更新速速日益加快的今天，這種生產(chǎn)狀況已經(jīng)越來(lái)越不能適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的生存以及發(fā)展的需要。

激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）是快速成形技術(shù)（Rapid?Prototyping，RP）的一種，該技術(shù)是采用固體粉末（如聚合物、陶瓷、金屬粉末等）作為成形材料，先由CAD三維造型軟件設(shè)計(jì)出所需零件的計(jì)算機(jī)三維實(shí)體模型，然后按工藝要求將其按一定厚度分解成一系列二維截面，即把原來(lái)的三維立體信息變成二維平面信息，利用計(jì)算機(jī)控制激光逐層燒結(jié)，逐層疊加，最終形成了所需要的原型或零件。利用SLS實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀高分子功能件的快速制造，不受到零件復(fù)雜程度的限制，制造效率高、成本低。因而，具有廣闊的應(yīng)用前景，但同時(shí)也是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。

部分高分子聚合物材料（聚醚醚酮，聚酰亞胺等）的燒結(jié)溫度很高，很難用激光直接燒結(jié)成形。一般先要制備聚合物/粘結(jié)劑復(fù)合粉末材料，在SLS的過(guò)程中，利用激光束，將融化或軟化的粘結(jié)劑與高分子聚合物粘結(jié)在一起，從而形成初始形坯，再經(jīng)過(guò)一系列的后處理工藝，可以得到具有一定性能的高分子功能件。在SLS成形的過(guò)程中，常用的粘結(jié)劑有聚合物粘結(jié)劑、無(wú)機(jī)粘結(jié)劑、高分子粘結(jié)劑等。而以聚合物為粘結(jié)劑的SLS制造陶瓷件的方法，具有成形過(guò)程易于控制，激光器功率小，成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為目前應(yīng)用較為廣泛的SLS制造陶瓷件的方法。

在以聚合物為粘結(jié)劑的SLS制造高分子功能件的過(guò)程中，高分子聚合物粉末/聚合物粘結(jié)劑復(fù)合粉末材料對(duì)SLS制件的初始形坯的強(qiáng)度、致密度、精度以及最終的高分子功能件性能產(chǎn)生決定性的影響。但是，目前高分子聚合物粉末/聚合物粘結(jié)劑復(fù)合粉末材料主要存在以下問(wèn)題：

（1）目前選用的聚合物粘接劑性能不佳，加入量較多（體積含量通常在20%左右），而大量的聚合物粘接劑會(huì)對(duì)后處理及高分子功能件的最終性能產(chǎn)生非常不利的影響。因而，尋找合適的聚合物粘接劑，降低粘接劑的加入量是當(dāng)前SLS研究中的主要問(wèn)題之一。

（2）常用的粘接劑添加方式有兩種：混合法和覆膜法，混合法即是通過(guò)混合設(shè)備將粘接劑粉末同高分子粉末簡(jiǎn)單混合，而覆膜法則是通過(guò)某種特殊工藝，將聚合物粘接劑包覆在高分子粉末顆粒外表面，形成覆膜粉。在粘接劑含量相同時(shí)，覆膜粉初始形坯的強(qiáng)度和精度均高于混合粉末的初始形坯。而目前覆膜粉的制備工藝比較復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求很高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種3D打印用高分子聚合物粉末材料的制備方法。該方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本相對(duì)較低，對(duì)設(shè)備的要求低。經(jīng)過(guò)表面改性后的高分子聚合物粉末材料具有優(yōu)良的燒結(jié)性能、粘結(jié)劑含量少、流動(dòng)性好的特點(diǎn)。

本發(fā)明提供的高分子聚合物粉末材料的表面改性方法，其步驟包括：

（1）將高分子粘結(jié)劑末、尼龍樹(shù)脂、乙醇和抗氧化劑按下述比例加入到密閉容器中，抽真空，通惰性氣體保護(hù)，其中，

尼龍樹(shù)脂的用量為：每100克高分子聚合物粉末，尼龍樹(shù)脂的用量為3～5克；

乙醇溶劑的用量為：每100克高分子聚合物粉末，乙醇溶劑的用量為500～1500克；

抗氧化劑的用量為：每100高分子聚合物粉末，抗氧化劑的量為：0.1克～0.5克；抗氧化劑由受阻酚類(lèi)抗氧劑和亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑組成，其中受阻酚類(lèi)抗氧劑的質(zhì)量百分比為60～80％，其余為亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑；

（2）以1～2℃/min的速度，將上述混合物料逐漸升溫到140～150℃，使尼龍樹(shù)脂完全溶解于溶劑中，再保溫保壓1h～2h；

（3）在快速攪拌下，以2～4℃/min逐漸冷卻至室溫，形成尼龍覆膜高分子聚合物粉末懸浮液；

（4）進(jìn)行減壓蒸餾，對(duì)已冷卻的懸浮液進(jìn)行固-液分離，得到尼龍樹(shù)脂與高分子聚合物粉末聚集體；