[發明專利]一種以糖為膠粘劑熱法制備激光燒結3D打印覆膜砂

有效

• 申請號: 201710128229.7
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN106964749B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 李慧芝;楊秋蘋;何成貴
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: B22C1/26
• 分類號: B22C1/26;B22C9/02;B33Y70/00
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 李茜

本發明公開了一種以糖為膠粘劑熱法制備激光燒結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，浸泡在質量百分濃度為1~3%的十二烷基磺酸鈉的水溶液中，室溫放置30h，固液分離，干燥，得到預處理寶珠砂；然后，在反應器中，按質量百分濃度加入，預處理寶珠砂：90%~95%，強力攪拌，溫度升至110±2℃，加入硬脂酰胺：0.5%~3%，攪拌20min，溫度繼續升高到190±2℃，加入白糖：3%~8%，三亞乙基四胺：0.2%~2.0%，聚乙二醇：0.2%~2.0%，溫度升至210±2℃，強力攪拌30min，冷至室溫，研磨，得到激光燒結3D打印覆膜砂。該覆膜砂采用激光燒結可直接成型，流動性好，成型精度高，而且具有工藝簡單，生產成本低，易于工業化生產。

技術領域

本發明涉及一種激光燒結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域，特別涉及一種以糖為膠粘劑熱法制備激光燒結3D打印覆膜砂的方法及激光燒結3D打印成型。

背景技術

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，冷卻時又重新結晶。加熱時間延長，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。焦糖具有很強的粘結作用，可以使粉體粘結在一起，起到粘結劑的作用。采用糖作為膠粘劑代替化學膠粘劑，減少環境污染問題。

寶珠砂又名電熔陶粒，是石英砂的高級替代品。 石英砂的優點是分布廣泛，成本低廉；但其缺點也相當明顯：一是膨脹系數大，鑄件精度低；二是鑄件表面粘砂嚴重，清砂困難。究其因，是石英在不同的溫度下會有多種同質異晶體生成，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、及熱節集中的部位）粘砂嚴重，清理十分困難。上述缺點在大型鑄鋼件的生產中尤為嚴重。寶珠砂能克服這些缺點，從而大大提高了鑄件的質量。寶珠砂是 以優質鋁釩土為原料，經 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：冷法用乙醇將樹脂溶解，并在混砂過程中加入烏洛托品，使二者包覆在砂粒表面，乙醇揮發，得覆膜砂；熱法把砂預熱到一定溫度，加樹脂使其熔融，攪拌使樹脂包覆在砂粒表面，加烏洛托品水溶液及潤滑劑，冷卻、破碎、篩分得覆膜砂。 用于鑄鋼件、鑄鐵件。覆膜砂是由德國克洛寧博士于二次大戰期間發明的，其工藝過程是將粉狀的熱固性酚醛樹脂與寶珠砂機械混合，加熱時固化。后發展成用熱塑性酚醛樹脂加潛伏性固化劑（烏洛托品）和潤滑劑通過一定的覆膜工藝配制成覆膜砂，當覆膜砂受熱時包覆在砂粒表面的樹脂熔融，在烏洛托品分解出的亞甲基的作用下，熔融的樹脂由線性結構迅速轉變成不熔融的體型結構，從而使覆膜砂固化成型。

激光燒結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，通過激光束使塑料、蠟、陶瓷、金屬或其復合物的粉末均勻地燒結在加工平面上。在工作臺上均勻鋪上一層很薄的粉末作為原料，激光束在計算機的控制下，通過掃描器以一定的速度和能量密度按分層面的二維數據掃描。經過激光束掃描后，相應位置的粉末就燒結成一定厚度的實體片層，未掃描的地方仍然保持松散的粉末狀。這一層掃描完畢后，隨后需要對下一層進行掃描。先根據物體截層厚度即分層層厚而降低工作臺，鋪粉滾筒再一次將粉末鋪平，可以開始新一層的掃描。如此反復，直至掃描完所有層面。去掉多余粉末，并經過后處理，即可獲得產品。

在現有的成型材料領域中，由于SLS快速成型技術具有原料來源多樣和零件的構建時間較短等優點，故在快速成型領域有著較廣泛的應用。但大部分是有機材料和復合材料，中國發明專利CN1379061A中公開了一種用于激光燒結成型制品的尼龍粉末材料，通過化學合成和工藝的改進，對尼龍粉末材料的表面進行處理，得到了燒結性能優良，成型制品強度高，韌性好的產品，簡化了激光燒結尼龍材料的制備工藝，降低了成本；中國發明專利CN103881371 中公開了一種激光燒結3D制造技術用石塑復合粉末及其制備方法。