[發(fā)明專(zhuān)利]一種以糖為膠粘劑制備激光燒結(jié)3D打印覆膜砂的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710128228.2
• 申請(qǐng)日: 2017-03-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106926453B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊秋蘋(píng);李慧芝;李曉峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B29C64/153
• 分類(lèi)號(hào): B29C64/153;B29C64/314;B33Y10/00;B33Y40/00
• 代理公司: 濟(jì)南譽(yù)豐專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 37240
• 代理人: 李茜

本發(fā)明公開(kāi)了一種以糖為膠粘劑制備激光燒結(jié)3D打印覆膜砂的方法，其特征在于，首先將寶珠砂用水清洗后，浸泡在質(zhì)量百分濃度為5~6%的十六烷基三甲基溴化銨的水溶液中，室溫放置48h，固液分離，干燥，得到預(yù)處理寶珠砂；然后，在反應(yīng)器中，按質(zhì)量百分濃度加入，水：38%~44%，白糖：2%~6%，預(yù)處理寶珠砂：52%~56%，二亞乙基三胺：0.2%~1.0%，聚乙二醇：0.2%~2.0%，各組分之和為百分之百，強(qiáng)力攪拌，溫度升至160~170℃，直至水分蒸發(fā)完畢，研磨，過(guò)120目篩，得到激光燒結(jié)3D打印覆膜砂。該覆膜砂采用激光燒結(jié)可直接成型，流動(dòng)性好，成型精度高，而且具有工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光燒結(jié)3D打印快速成型粉體材料的制備方法，屬于快速成型的材料領(lǐng)域，特別涉及一種以糖為膠粘劑制備激光燒結(jié)3D打印覆膜砂的方法及激光燒結(jié)3D打印成型。

背景技術(shù)

糖是由甘蔗和甜菜榨出的糖蜜制成的精糖，是由葡萄糖及果糖各一個(gè)分子脫水縮合而成的非還原性的雙糖，加熱至160℃，便熔化成為濃稠透明的液體，冷卻時(shí)又重新結(jié)晶。加熱時(shí)間延長(zhǎng)，蔗糖即分解為葡萄糖及脫水果糖。在190～220℃的較高溫度下，蔗糖便脫水縮合成為焦糖。焦糖具有很強(qiáng)的粘結(jié)作用，可以使粉體粘結(jié)在一起，起到粘結(jié)劑的作用。采用糖作為膠粘劑代替化學(xué)膠粘劑，減少環(huán)境污染問(wèn)題。

寶珠砂又名電熔陶粒，是石英砂的高級(jí)替代品。石英砂的優(yōu)點(diǎn)是分布廣泛，成本低廉；但其缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯：一是膨脹系數(shù)大，鑄件精度低；二是鑄件表面粘砂嚴(yán)重，清砂困難。究其因，是石英在不同的溫度下會(huì)有多種同質(zhì)異晶體生成，體積變化大；受耐火度(石英砂的耐火度在1400～1700℃之間)的限制，鑄件局部(孔、槽、及熱節(jié)集中的部位)粘砂嚴(yán)重，清理十分困難。上述缺點(diǎn)在大型鑄鋼件的生產(chǎn)中尤為嚴(yán)重。寶珠砂能克服這些缺點(diǎn)，從而大大提高了鑄件的質(zhì)量。寶珠砂是以?xún)?yōu)質(zhì)鋁釩土為原料，經(jīng)煅燒、電熔、造粒、分篩等工藝而制成的。

覆膜砂(coated sand)。砂粒表面在造型前即覆有一層固體樹(shù)脂膜的型砂或芯砂。有冷法和熱法兩種覆膜工藝：冷法用乙醇將樹(shù)脂溶解，并在混砂過(guò)程中加入烏洛托品，使二者包覆在砂粒表面，乙醇揮發(fā)，得覆膜砂；熱法把砂預(yù)熱到一定溫度，加樹(shù)脂使其熔融，攪拌使樹(shù)脂包覆在砂粒表面，加烏洛托品水溶液及潤(rùn)滑劑，冷卻、破碎、篩分得覆膜砂。用于鑄鋼件、鑄鐵件。覆膜砂是由德國(guó)克洛寧博士于二次大戰(zhàn)期間發(fā)明的，其工藝過(guò)程是將粉狀的熱固性酚醛樹(shù)脂與寶珠砂機(jī)械混合，加熱時(shí)固化。后發(fā)展成用熱塑性酚醛樹(shù)脂加潛伏性固化劑(烏洛托品)和潤(rùn)滑劑通過(guò)一定的覆膜工藝配制成覆膜砂，當(dāng)覆膜砂受熱時(shí)包覆在砂粒表面的樹(shù)脂熔融，在烏洛托品分解出的亞甲基的作用下，熔融的樹(shù)脂由線性結(jié)構(gòu)迅速轉(zhuǎn)變成不熔融的體型結(jié)構(gòu)，從而使覆膜砂固化成型。

激光燒結(jié)3D打印屬于增材制造的一種方法。這種工藝也是以激光器為能量源，通過(guò)激光束使塑料、蠟、陶瓷、金屬或其復(fù)合物的粉末均勻地?zé)Y(jié)在加工平面上。在工作臺(tái)上均勻鋪上一層很薄的粉末作為原料，激光束在計(jì)算機(jī)的控制下，通過(guò)掃描器以一定的速度和能量密度按分層面的二維數(shù)據(jù)掃描。經(jīng)過(guò)激光束掃描后，相應(yīng)位置的粉末就燒結(jié)成一定厚度的實(shí)體片層，未掃描的地方仍然保持松散的粉末狀。這一層掃描完畢后，隨后需要對(duì)下一層進(jìn)行掃描。先根據(jù)物體截層厚度即分層層厚而降低工作臺(tái)，鋪粉滾筒再一次將粉末鋪平，可以開(kāi)始新一層的掃描。如此反復(fù)，直至掃描完所有層面。去掉多余粉末，并經(jīng)過(guò)后處理，即可獲得產(chǎn)品。

在現(xiàn)有的成型材料領(lǐng)域中，由于SLS快速成型技術(shù)具有原料來(lái)源多樣和零件的構(gòu)建時(shí)間較短等優(yōu)點(diǎn)，故在快速成型領(lǐng)域有著較廣泛的應(yīng)用。但大部分是有機(jī)材料和復(fù)合材料，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN1379061A中公開(kāi)了一種用于激光燒結(jié)成型制品的尼龍粉末材料，通過(guò)化學(xué)合成和工藝的改進(jìn)，對(duì)尼龍粉末材料的表面進(jìn)行處理，得到了燒結(jié)性能優(yōu)良，成型制品強(qiáng)度高，韌性好的產(chǎn)品，簡(jiǎn)化了激光燒結(jié)尼龍材料的制備工藝，降低了成本；中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN103881371中公開(kāi)了一種激光燒結(jié)3D制造技術(shù)用石塑復(fù)合粉末及其制備方法。