[發明專利]一種低溫燒結高分子復合粉末材料的方法

有效

• 申請號: 202011168390.5
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112440472B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 侯帥;文杰斌;李中元;楊大風
• 申請（專利權）人: 湖南華曙高科技股份有限公司
• 主分類號: B29C64/153
• 分類號: B29C64/153;B29C64/268;B29C64/20;B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種低溫燒結高分子復合粉末材料的方法，包括如下步驟：將質量份數比為70～95：5～30的高分子粉末和金屬粉末共混均勻，制得低溫燒結高分子復合粉末材料；將所述低溫燒結高分子復合粉末材料放入以光纖激光器為光源的選擇性激光燒結設備中進行燒結，制得工件，燒結的具體工藝為：粉末層厚為0.05～0.2mm，所述低溫燒結高分子復合粉末材料的預熱溫度比其自身的熔點低10～150℃，所述光纖激光器的燒結功率為50～2000W，燒結的線間距為0.08～0.5mm。通過制備一種高分子復合粉末材料，采用光纖激光器的選擇性燒結設備，在較低的工作溫度下，進行粉末的選擇性激光燒結，制備得到高分子與金屬的復合材料制件。該制件不僅性能優異，同時由于電導率高，可作為優異的電磁屏蔽材料。

技術領域

本發明屬于增材制造技術領域，具體涉及一種低溫燒結高分子復合粉末材料的方法。

背景技術

選擇性激光燒結技術是目前一種常用的快速成型技術，該技術容許不使用工具加工而只需建立目標零件的計算機三維模型，然后用分層軟件將三維模型進行切片處理，將粉末鋪到工作缸，然后加熱到一定溫度，最后通過激光燒結粉末的多個疊層獲得三維實體。

高分子粉末之所以能被融化，主要有兩個能量來源，一個能量來源為工作缸上部的燈管或者燈絲的輻射加熱，這個上部加熱能量是粉末熔化的主要能量來源，約占粉末熔化能量的80％，而另外一個能量來源為激光，激光照射在高分子粉末上，高分子中的化學鍵形成共振，產生熱量，使得高分子粉末熔化，激光的能量約占粉末熔化能量的20％。

選擇性激光燒結設備中，需要將粉末加熱到一定的溫度，盡可能的接近高分子粉末的熔點，主要的原因是，一為高分子粉末提供熱能量，二個是高分子粉末被熔化成熔融體后，需要保持一定的環境溫度，不然高分子熔融體會產生結晶收縮，導致工件翹曲；高分子粉末被激光熔化后，上部的燈管加熱和熔融體可以繼續熔化被激光燒結的高分子粉末，高分子粉末被熔化的更完全；同時由于高分子粉末燒結完一層后，需要新鋪一層粉末，再用激光選擇性的燒結粉末成熔融體，不同層的高分子熔融體需要相互粘接，為了保證不同的高分子熔融層之間粘接的更好，也需要保持一定的環境溫度。但是工作溫度不能無休止的提高，主要是由于過高的溫度會導致未燒結的粉末之間相互粘接。其結果是選擇性激光燒結的工件的性能相對于傳統的高分子加工工藝制備的工件總體偏差，特別是垂直方向的工件性能。

在高溫的情況，粉末易發生物理及化學的變化，導致粉末老化而不能繼續使用，例如粉末之間容易相互粘接，導致粉末流動性變差；同時也會導致粉末可能進一步進行縮聚，高分子分子量增大，這種粉末采用選擇性激光燒結制備成工件時，工件易發生“橘皮”等現象；同時在高溫下，粉末更易被氧化，導致粉末顏色發生變化。未燒結成工件的高分子粉末老化問題，導致粉末不能完全重復使用，使得選擇性激光燒結技術的耗材成本高，限制了3D打印發展的一個重要因素。

目前主流的選擇性激光燒結設備，激光移動的速度達到了甚至超過10m/s，所以高分子吸收的激光能量是非常瞬時的。同時市面上選擇性激光燒結設備采用的普遍激光器為10.6μm的CO₂激光器，普遍的激光功率不超過100W。同時由于激光對粉末穿透力比較差，激光更多的是通過折射的方案使得激光穿透到更深，照射在高分子粉末表面，但是由于高分子多次折射后激光能量損失較大，導致無法燒結高的層厚，從而燒結的效率較低，高分子粉末也不會完全熔化，也限制了3D成型速度。

發明內容

本發明提供一種低溫燒結高分子復合粉末材料的方法，通過制備一種金屬粉末與高分子粉末的復合材料，采用光纖激光器的選擇性燒結設備，在較低的工作溫度下，進行粉末的選擇性激光燒結，制備得到高分子與金屬的復合材料制件。該制件不僅性能優異，同時由于電導率高，可作為優異的電磁屏蔽材料。

本發明通過以下步驟實現：

(1)將質量份數比為70～95：5～30的高分子粉末和金屬粉末共混均勻，制得適用于低溫燒結的高分子復合粉末材料；