一種用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料，包括塑料粉體和無(wú)機(jī)納米材料，其中塑料粉體直徑為40～150μm，無(wú)機(jī)納米材料占總重量的0.01～5％；所述無(wú)機(jī)納米材料為表面改性的無(wú)機(jī)納米顆粒或者未改性無(wú)機(jī)納米材料。本發(fā)明用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料，向塑料粉體中加入少量改性或未改性的無(wú)機(jī)納米材料，由于納米材料結(jié)構(gòu)特殊且處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，具有獨(dú)特的表面界面效應(yīng)，可以顯著增強(qiáng)粉體的流動(dòng)性和粉末松裝密度，更適合于SLS燒結(jié)；本發(fā)明用于選擇性激光燒結(jié)的粉體材料對(duì)塑料粉體種類無(wú)特別要求，適用范圍廣。
【專利說(shuō)明】一種用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于3D打印耗材領(lǐng)域，涉及一種3D打印用粉體，特別涉及一種用于選擇性 激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料。

【背景技術(shù)】
[0002] 增材制造技術(shù)又稱為"3D打印技術(shù)"，是當(dāng)前受到高度關(guān)注的新型制造技術(shù)，它與 機(jī)器人技術(shù)、人工智能技術(shù)一起被稱為推動(dòng)第三次工業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)。選擇性激光燒結(jié) (SLS)是3D打印中的一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。SLS工藝是一種基于離散/堆積成形原理，集 計(jì)算機(jī)、數(shù)控、激光和新材料等新技術(shù)為一體，有選擇地對(duì)金屬或非金屬粉末材料進(jìn)行燒結(jié) 來(lái)快速制備產(chǎn)品。聚合物SLS技術(shù)燒結(jié)所需的激光功率小、不受零件形狀復(fù)雜程度的限制， 可精確快速還原設(shè)計(jì)理念，能直接加工成型近致密零件、功能測(cè)試件，完全突破了傳統(tǒng)制造 技術(shù)的限制，在近年來(lái)獲得快速發(fā)展。SLS工藝對(duì)燒結(jié)材料的種類、粒徑、流動(dòng)性和松裝密度 有較高要求，目前燒結(jié)材料的制備已經(jīng)成為SLS工藝的關(guān)鍵因素。
[0003] 制備塑料微球的方法主要有以下幾種：1)采用直接乳液聚合、懸浮聚合如制備聚 苯乙烯、丙烯酸微球等；2)沉淀法制備球形粉體（專利201110313990. 0制備聚酰胺微球）； 3)噴霧干燥法；4)高溫烘烤（ZL200880014068在至少高于Tg溫度20°C的條件下回火30min 以上的方法提高材料的球形度，從而提高流動(dòng)性）；5)向塑料粉體添加微米級(jí)填料（專利 200580009126采用添加玻璃纖維或碳纖維，獲得球形粉體）。
[0004] 上述方法1)-3)存在對(duì)材料選擇性強(qiáng)，對(duì)于一些高性能不溶不熔材料，如聚醚醚 酮、聚酰亞胺等難于適用的問題；4)存在工藝復(fù)雜，對(duì)過程控制要求高的問題；5)存在提高 強(qiáng)度的同時(shí)降低了產(chǎn)品的韌性的問題。因此有必要開發(fā)一種工藝簡(jiǎn)單，對(duì)粉體材料具有普 適性的可以同時(shí)提高粉體流動(dòng)性、產(chǎn)品強(qiáng)度及塑韌性的方法。
[0005] 納米材料結(jié)構(gòu)特殊，表面處于不穩(wěn)定狀態(tài)，具有獨(dú)特的表面與界面效應(yīng)，具有十分 廣泛的運(yùn)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種綜合性能優(yōu)異的用于選擇性激光燒結(jié)的粉 體材料。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0008] -種用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料，包括塑料粉體和無(wú)機(jī)納米材料， 其中塑料粉體直徑為40?150 μ m，無(wú)機(jī)納米材料占總重量的0. 01?5%。
[0009] 作為本發(fā)明用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料的優(yōu)選，所述無(wú)機(jī)納米材料 為表面改性的無(wú)機(jī)納米顆粒。
[0010] 作為本發(fā)明用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料的優(yōu)選，所述無(wú)機(jī)納米材料 為表面改性的無(wú)機(jī)納米材料和未改性無(wú)機(jī)納米材料的混合物。
[0011] 作為本發(fā)明用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料的優(yōu)選，所述塑料粉體為聚 酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚芳醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚、聚四氟乙烯或聚醚醚酮粉體。
[0012] 作為本發(fā)明用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料的優(yōu)選，所述無(wú)機(jī)納米材料 為納米Si0 2、納米A1203、納米Ti02、納米ZnO、納米Zr0 2，納米輕基磷灰石、碳納米管或碳納米 纖維。
[0013] 作為本發(fā)明用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料的優(yōu)選，所述塑料粉體直徑 為60?130 μ m，所述無(wú)機(jī)納米材料占總重量的1?3%。
[0014] 作為本發(fā)明用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料的進(jìn)一步優(yōu)選，表面改性的 無(wú)機(jī)納米材料采用硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鉻絡(luò)合物偶聯(lián)劑、鋯偶聯(lián)劑改性。
[0015] 作為本發(fā)明用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料的進(jìn)一步優(yōu)選，所用改性偶 聯(lián)劑為無(wú)機(jī)納米材料量的0. 5?5%。
[0016] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0017] 本發(fā)明用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料向塑料粉體中加入少量改性或 未改性的無(wú)機(jī)納米材料，由于納米材料結(jié)構(gòu)特殊且熱力學(xué)狀態(tài)極不穩(wěn)定，具有獨(dú)特的表面 界面效應(yīng)，極易在塑料粉體材料之間自由運(yùn)動(dòng)，從而顯著提高粉體的流動(dòng)性，使其更適合于 SLS燒結(jié)；本發(fā)明用于選擇性激光燒結(jié)的粉體材料對(duì)塑料粉體種類無(wú)特別要求，適用范圍 廣；本發(fā)明添加無(wú)機(jī)納米材料增強(qiáng)塑料在燒結(jié)時(shí)的熱穩(wěn)定性提高，收縮率降低，有利于提高 產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性；采用本發(fā)明粉體材料激光燒結(jié)所獲得的產(chǎn)品在沖擊強(qiáng)度保持不變或略 有上升的情況下，拉伸強(qiáng)度、硬度、模量、耐熱性等得到大幅提升。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說(shuō)明：
[0019] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料的工藝流程 圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0021] 以下實(shí)施例將公開一種用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料，包括塑料粉 體和無(wú)機(jī)納米材料，其中塑料粉體直徑為40?150 μ m，無(wú)機(jī)納米材料占總重量的0. 01? 5%。
[0022] 特別的，所述無(wú)機(jī)納米材料為表面改性的無(wú)機(jī)納米材料、未改性無(wú)機(jī)納米材料或 表面改性的無(wú)機(jī)納米材料與未改性無(wú)機(jī)納米材料的混合物。
[0023] 特別的，所述塑料粉體為聚酰胺、聚酰亞胺、聚芳醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚、聚四氟 乙烯或聚醚醚酮粉體。
[0024] 特別的，所述無(wú)機(jī)納米材料為納米S i 02、納米A1203、納米T i 02、納米ZnO、納米Zr 02， 納米羥基磷灰石、碳納米管或碳納米纖維。
[0025] 特別的，表面改性的無(wú)機(jī)納米材料采用硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鉻絡(luò)合物偶聯(lián) 齊IJ、鋯偶聯(lián)劑改性。
[0026] 特別的，所述塑料粉體直徑為60?130 μ m，所述無(wú)機(jī)納米材料占總重量的1? 4%，所述改性偶聯(lián)劑為無(wú)機(jī)納米材料含量的0. 5?5%。
[0027] 實(shí)施例1 :
[0028] 本實(shí)施例制備用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料的方法包括以下步驟：
[0029] 1)選擇97份平均直徑為70 μ m的聚醚醚酮粉體，3份納米Si02 ;
[0030] 2)將步驟1)所選納米Si02分散在乙醇溶液中，攪拌30min至均勻后加入0. 15份 硅烷偶聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌30min后抽濾，烘干至恒重；
[0031] 3)將步驟1)所選聚醚醚酮粉體、步驟2)改性處理的納米Si02通過機(jī)械攪拌混合 得到所需復(fù)合粉體。
[0032] 實(shí)施例2 :
[0033] 本實(shí)施例制備用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料的方法如圖1所示，包括 以下步驟：
[0034] 1)選擇95份平均直徑為120 μ m的聚酰胺粉體，5份納米Si02和納米A1203混合 物；
[0035] 2)將3份步驟1)所選納米Si02和0. 05份硅烷偶聯(lián)劑加入乙醇溶液中，然后采用 高能量超聲波（20kHz，4000W)處理3h后濾除乙醇，洗滌3-5次，干燥得到改性納米Si0 2 ;
[0036] 3)將步驟1)所選聚酰胺粉體、步驟2)改性處理的納米Si02和步驟1)未改性的 納米Si0 2混合得到所需復(fù)合粉體。
[0037] 實(shí)施例3 :
[0038] 本實(shí)施例制備用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料的方法包括以下步驟：
[0039] 1)選擇96份平均直徑為40 μ m的聚醚砜粉體，4份納米納米Ti02和碳納米管混 合物；
[0040] 2)將步驟1)所選聚醚砜粉體和納米Si02通過機(jī)械攪拌混合得到所需復(fù)合粉體。
[0041] 對(duì)實(shí)施例1所得的復(fù)合粉體性能測(cè)試并與未加入納米材料的聚醚醚酮粉體進(jìn)行 比較，結(jié)果如表1所示：
[0042] 表1實(shí)施例1復(fù)合粉體與純PEEK粉性能對(duì)比
[0043]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料，其特征在于：包括塑料粉體和無(wú)機(jī) 納米材料，其中塑料粉體直徑為40?150 μ m，無(wú)機(jī)納米材料占總重量的0. 01?5%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料，其特征在于：所述 無(wú)機(jī)納米材料為表面改性的無(wú)機(jī)納米顆粒。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料，其特征在于：所述 無(wú)機(jī)納米材料為表面改性的無(wú)機(jī)納米材料和未改性無(wú)機(jī)納米材料的混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料，其特征 在于：所述塑料粉體為聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚芳醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚、聚四氟乙 烯或聚醚醚酮粉體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料，其特征 在于：所述無(wú)機(jī)納米材料為納米Si02、納米A1 203、納米Ti02、納米ZnO、納米Zr02，納米輕基 磷灰石、碳納米管或碳納米纖維。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料，其特征 在于：所述塑料粉體直徑為60?130 μ m，所述無(wú)機(jī)納米材料占總重量的1?3%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料，其特征在于： 表面改性的無(wú)機(jī)納米材料采用硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鉻絡(luò)合物偶聯(lián)劑、鋯偶聯(lián)劑改 性。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述用于選擇性激光燒結(jié)的高流動(dòng)性粉體材料，其特征在于： 所用改性偶聯(lián)劑為無(wú)機(jī)納米材料量的0. 5?5%。
【文檔編號(hào)】C08L81/02GK104140668SQ201410363128
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】饒先花 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院