一种选择性激光烧结用高分子粉末材料及其制备方法与流程

本发明属于增材制造，具体涉及一种选择性激光烧结用高分子粉末材料及其制备方法。

背景技术：

1、选择性激光烧结技术是一种主流的快速成型方法，该技术无需使用工具进行加工，只需建立目标零件的计算机三维模型，再由分层软件对三维模型进行切片处理，最后通过激光烧结粉末的多个叠层来获得三维实体。

2、现有选择性激光烧结主要采用光纤激光器，光纤激光器可以使用更小的激光光斑，大大提高了三维制造的精度。因此为适用光纤激光器，高分子粉末需混合热介质的方法，来提高高分子粉末的光纤激光吸收率，为此专利号cn201811331794.4、cn201811331794.4公开的方案中，通过机械搅拌使炭黑和高分子粉末混合均匀。采用溶剂沉淀法制备的高分子粉末表面存在一些沟壑状的形状，使得炭黑容易分散，因此通过机械搅拌方式，炭黑可以均匀地附着在高分子粉末的表面。然而采用深冷粉碎工艺制备的高分子粉末，由于其表面不规则且光滑，通过机械搅拌方式炭黑难以在这种粉末表面分散，导致炭黑不能均匀地附着在高分子粉末的表面，而且炭黑还容易出现团聚现象。即使勉强将炭黑分散，在粉末重复使用过程中炭黑也易脱落，粉末存在不稳定性，使得高分子表面分布的炭黑不均匀，导致高分子粉末吸收到的热能量不足，无法完全融化，影响烧结制件的性能。

技术实现思路

1、本发明提供的一种选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法，旨在解决现有技术中存在的炭黑团聚及炭黑易脱落的问题。该方法包括以下步骤：

2、步骤一：高分子粒料经深冷粉碎工艺后，得到平均粒径为40～110μm，径距在0.8～3.0的高分子粉末；

3、步骤二：将100份的高分子粉末与0.5～5份粒径为20～200nm的炭黑进行高速搅拌，搅拌速率为500～2500rpm/min，搅拌时间为2～100min，使炭黑覆着在高分子粉末的表面，得到高分子炭黑混合粉末；

4、步骤三：将覆着炭黑的高分子粉末从热处理塔的顶端加入，热处理塔为垂直摆放，热处理塔包括三段区域，所述三段区域为由上至下依次排列的加热区域、保温区域和冷却区域，经三段区域后炭黑会粘附在高分子粉末的表面；

5、步骤四：对步骤三得到的高分子炭黑混合粉末进行空气分级，去除未粘附在高分子粉末表面的炭黑，并去除团聚的炭黑，得到平均粒径为35～100μm，径距为0.6～2.0的高分子炭黑混合粉末；

6、步骤五：将步骤四制得的高分子炭黑混合粉末加入流动助剂，制得选择性激光烧结用高分子粉末材料。

7、优选地，所述深冷粉碎工艺为：将高分子粒料加入深冷粉碎机，通入液氮，启动深冷粉碎机进行深冷粉碎，粉碎温度为-150～-80℃，搅拌速率为400～2000r/min。

8、优选地，所述加热区域的粉末总高度为1m，加热温度为150～400℃，粉末下降速度为1～3m/h；所述保温区域的粉末总高度为20m，保温温度为150-400℃，保温时间为2～5h；所述冷却区域的粉末总高度为10m，冷却温度为30～150℃，粉末下降速度为10～20m/h。

9、优选地，所述炭黑在高分子粉末表面的覆盖率为80～100％。

10、优选地，所述高分子粒料为聚乳酸、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚醚醚酮粒料。

11、优选地，所述流动助剂为气相二氧化硅、气相三氧化二铝、纳米二氧化钛或纳米二氧化硅。

12、一种选择性激光烧结用高分子粉末材料，采用所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法制得。

13、本发明采用深冷粉碎制粉技术，使用液氮作为研磨介质实现超低温粉碎。根据物料的脆化点温度，选择最佳的粉碎温度，不仅能耗低，而且操作简单、可控，可以成功制备出其他方法难以制备的高分子粉末。

14、本发明采用高速搅拌的方式，将炭黑打散，并使炭黑均匀地覆着在高分子粉末的表面，方便粉末的后续处理。

15、本发明将覆着炭黑的高分子粉末送入热处理塔中进行处理。在这个过程中，高分子粉末会经历两个阶段的变化。第一阶段，高分子粉末会变成黏流态，这有利于炭黑更好地附着在高分子粉末表面。在第二阶段，炭黑会深入到高分子粉末表面中，这样就能确保炭黑牢固地粘附在高分子粉末的表面，这种粘附效果使得炭黑在粉末重复使用过程中不易脱落，从而保持了粉末的稳定性。同时炭黑粘附在高分子粉末表面，也有利于炭黑吸收的热能量传递到高分子粉末上，使其充分融化，从而烧结出性能更好的制件。

16、本发明通过空气分级去除未粘附在高分子粉末表面的炭黑，并去除团聚的炭黑，以避免团聚的炭黑吸收光纤激光能量后容易产生局部发热，使得高分子被热降解，产生挥发物，导致烧结制件的整体性能偏差的问题。

17、本发明提供的选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法，能制备出性能优异的高分子粉末，提高烧结制件的性能。

技术特征：

1.一种选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法，其特征在于，所述深冷粉碎工艺为：将高分子粒料加入深冷粉碎机，通入液氮，启动深冷粉碎机进行深冷粉碎，粉碎温度为-150～-80℃，搅拌速率为400～2000r/min。

3.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法，其特征在于，所述加热区域的粉末总高度为1m，加热温度为150～400℃，粉末下降速度为1～3m/h；所述保温区域的粉末总高度为20m，保温温度为150～400℃，保温时间为2～5h；所述冷却区域的粉末总高度为10m，冷却温度为30～150℃，粉末下降速度为10～20m/h。

4.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法，其特征在于，所述炭黑在高分子粉末表面的覆盖率为80～100％。

5.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法，其特征在于，所述高分子粒料为聚乳酸、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚醚醚酮粒料。

6.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法，其特征在于，所述流动助剂为气相二氧化硅、气相三氧化二铝、纳米二氧化钛或纳米二氧化硅。

7.一种选择性激光烧结用高分子粉末材料，其特征在于，采用权利要求1-6中任一项所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法制得。

技术总结本发明公开了一种选择性激光烧结用高分子粉末材料及其制备方法，包括如下步骤：步骤一：高分子粒料经深冷粉碎工艺后，得到平均粒径为40～110μm，径距在0.8～3.0的高分子粉末；步骤二：将100份的高分子粉末与0.5～5份粒径为20～200nm的炭黑进行高速搅拌；步骤三：将覆着炭黑的高分子粉末从热处理塔的顶端加入，热处理塔为垂直摆放；步骤四：对步骤三得到的高分子炭黑混合粉末进行空气分级，得到平均粒径为35～100μm，径距为0.6～2.0的高分子炭黑混合粉末；步骤五：将步骤四制得的高分子炭黑混合粉末加入流动助剂，制得选择性激光烧结用高分子粉末材料。本发明炭黑能牢固地粘附在高分子粉末的表面，使得炭黑在粉末使用过程中不易脱落，保持了粉末的稳定性，能烧结出性能更好的制件。技术研发人员：文杰斌,李庚,李博豪,朱阳杰受保护的技术使用者：湖南华曙新材料科技有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18