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3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料的方法及激光燒結(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。
鈦酸鍶鋇(baxsr1-xtio3，簡(jiǎn)稱(chēng)bst)是batio3與srtio3形成的固溶體。它是一種優(yōu)良的熱敏材料、電容器材料和鐵電壓電材料，具有高介電常數(shù)、低介電損耗、居里溫度(tc)隨組成改變以及介電常數(shù)隨電場(chǎng)的非線性變化等特點(diǎn)，在超大規(guī)模動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器、微波調(diào)諧器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，成為集成器件領(lǐng)域最廣泛研究的材料之一。bst材料的電學(xué)性能與材料的微觀結(jié)構(gòu)如氣孔率和晶粒尺寸緊密相關(guān)，超細(xì)晶粒和高度致密的bst具有理想的介電特性，材料物化性能優(yōu)異，在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值,隨著微電子行業(yè)發(fā)展的日益成熟,bst陶瓷材料將會(huì)受到越來(lái)越多的重視。
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。
本申請(qǐng)將以糖膠粘劑熱涂層到到造粒后鈦酸鍶鋇表面，得到3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料可以直接采用激光燒結(jié)3d打印成型。成型過(guò)程中不需要噴灑膠粘劑。優(yōu)點(diǎn)是膠粘劑用量大大減少，所用的膠粘劑是使用糖，減少環(huán)境污染，產(chǎn)品的品質(zhì)高。本申請(qǐng)的工藝制備的3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料膠粘劑涂層均勻，表面光滑，流動(dòng)性好，適合激光燒結(jié)3d打印成型。此外，本申請(qǐng)?zhí)峁┑闹苽浞椒ê?jiǎn)單，成本低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目是提供一種以糖為膠粘劑制備3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料的方法，快速成型鈦酸鍶鋇粉體材料不需要噴灑粘結(jié)劑可直接激光掃描成型；
本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
一種以糖為膠粘劑制備3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料的方法，其特征在于，該方法具有以下工藝步驟：
（1）造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體制備：在反應(yīng)器中，按質(zhì)量百分比加入，水：52%~58%，水溶性淀粉：0.2%~1.0%，水性聚氨酯：0.5%~2.0%，聚乙二醇：0.2%~1.0%，攪拌溶解，再加入納米鈦酸鋇陶瓷粉體：40%~45%，各組分之和為百分之百，強(qiáng)力攪拌、反應(yīng)6~7h，然后噴霧干燥，得到造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體，其粒徑在80~120μm范圍內(nèi)；
（2）3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料的制備：在研磨機(jī)中，按質(zhì)量百分濃度加入，造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體：85%~92%，開(kāi)啟研磨機(jī)轉(zhuǎn)速在500轉(zhuǎn)/分鐘，研磨，溫度升至120±2℃，加入硬脂酰胺：0.5%~2%，研磨30min，溫度繼續(xù)升高到190±2℃，白糖：5%~10%，三聚氰胺：0.5%~1.5%，異丙基三(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯：1%~3%，各組分之和為百分之百，恒溫，在500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨40~50min，冷至室溫，得到3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料，所得到3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料，其粒徑為100~150μm的范圍內(nèi)。
在步驟（1）中所述的噴霧干燥，進(jìn)風(fēng)口溫度控制在110℃，出風(fēng)口溫度控制在90℃，進(jìn)風(fēng)流量250m3/h。
在步驟（1）中所述的聚乙二醇為聚乙二醇200或聚乙二醇400。
在步驟（2）中所述的白糖為食用的綿白糖或白砂糖。
本發(fā)明所述的顆粒度測(cè)試方法是采用激光粒度儀測(cè)得的粒度當(dāng)量直徑尺寸。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
（1）本發(fā)明獲得的3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料，采用糖作為膠粘劑涂層在造粒鈦酸鍶鋇表面，綠色環(huán)保，不需要噴灑粘結(jié)劑在激光燒結(jié)條件下可直接成型。
（2）本發(fā)明獲得的3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料，顆粒的粒徑均勻，球形度高，流動(dòng)性好的特點(diǎn)，性質(zhì)穩(wěn)定；由這種快速成型粉末材料可以制造薄壁模型或微小零部件，制造出產(chǎn)品具有表面光澤度高，強(qiáng)度好，精度高等特點(diǎn)。
（3）本發(fā)明獲得的3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料，具有制備工藝簡(jiǎn)單，條件易于控制，生產(chǎn)成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)，易于儲(chǔ)存，無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
（1）造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體制備：在反應(yīng)器中，分別加入水：540ml，水溶性淀粉：5g，水性聚氨酯：10g，聚乙二醇：5g，攪拌溶解，再加入納米鈦酸鋇陶瓷粉體：400g，強(qiáng)力攪拌、反應(yīng)6.5h，然后噴霧干燥，得到造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體，其粒徑在80~120μm范圍內(nèi)；
（2）3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料的制備：在研磨機(jī)中，分別加入，造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體：88g，開(kāi)啟研磨機(jī)轉(zhuǎn)速在500轉(zhuǎn)/分鐘，研磨，溫度升至120±2℃，加入硬脂酰胺：1g，研磨30min，溫度繼續(xù)升高到190±2℃，白糖：8g，三聚氰胺：1g，異丙基三(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯：2g，恒溫，在500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨45min，，冷至室溫，得到3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料，所得到3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料，其粒徑為100~150μm的范圍內(nèi)。
實(shí)施例2
（1）造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體制備：在反應(yīng)器中，分別加入水：1040ml，水溶性淀粉：4g，水性聚氨酯：36g，聚乙二醇：20g，攪拌溶解，再加入納米鈦酸鋇陶瓷粉體：900g，強(qiáng)力攪拌、反應(yīng)6h，然后噴霧干燥，得到造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體，其粒徑在80~120μm范圍內(nèi)；
（2）3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料的制備：在研磨機(jī)中，分別加入，造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體：920g，開(kāi)啟研磨機(jī)轉(zhuǎn)速在500轉(zhuǎn)/分鐘，研磨，溫度升至120±2℃，加入硬脂酰胺：5g，研磨30min，溫度繼續(xù)升高到190±2℃，白糖：50g，三聚氰胺：15g，異丙基三(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯：10g，恒溫，在500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨40min，，冷至室溫，得到3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料，所得到3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料，其粒徑為100~150μm的范圍內(nèi)。
實(shí)施例3
（1）造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體制備：在反應(yīng)器中，分別加入水：1160ml，水溶性淀粉：20g，水性聚氨酯：16g，聚乙二醇：4g，攪拌溶解，再加入納米鈦酸鋇陶瓷粉體：800g，強(qiáng)力攪拌、反應(yīng)7h，然后噴霧干燥，得到造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體，其粒徑在80~120μm范圍內(nèi)；
（2）3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料的制備：在研磨機(jī)中，分別加入，造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體：850g，開(kāi)啟研磨機(jī)轉(zhuǎn)速在500轉(zhuǎn)/分鐘，研磨，溫度升至120±2℃，加入硬脂酰胺：20g，研磨30min，溫度繼續(xù)升高到190±2℃，白糖：100g，三聚氰胺：12g，異丙基三(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯：18g，恒溫，在500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨50min，，冷至室溫，得到3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料，所得到3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料，其粒徑為100~150μm的范圍內(nèi)。
實(shí)施例4
（1）造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體制備：在反應(yīng)器中，分別加入水：1100ml，水溶性淀粉：14g，水性聚氨酯：20g，聚乙二醇：16g，攪拌溶解，再加入納米鈦酸鋇陶瓷粉體：840g，強(qiáng)力攪拌、反應(yīng)6.5h，然后噴霧干燥，得到造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體，其粒徑在80~120μm范圍內(nèi)；
（2）3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料的制備：在研磨機(jī)中，分別加入，造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體：880g，開(kāi)啟研磨機(jī)轉(zhuǎn)速在500轉(zhuǎn)/分鐘，研磨，溫度升至120±2℃，加入硬脂酰胺：15g，研磨30min，溫度繼續(xù)升高到190±2℃，白糖：70g，三聚氰胺：5g，異丙基三(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯：30g，恒溫，在500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨45min，，冷至室溫，得到3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料，所得到3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料，其粒徑為100~150μm的范圍內(nèi)。
實(shí)施例5
（1）造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體制備：在反應(yīng)器中，分別加入水：1120ml，水溶性淀粉：20g，水性聚氨酯：10g，聚乙二醇：10g，攪拌溶解，再加入納米鈦酸鋇陶瓷粉體：860g，強(qiáng)力攪拌、反應(yīng)6.5h，然后噴霧干燥，得到造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體，其粒徑在80~120μm范圍內(nèi)；
（2）3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料的制備：在研磨機(jī)中，分別加入，造粒鈦酸鍶鋇陶瓷粉體：900g，開(kāi)啟研磨機(jī)轉(zhuǎn)速在500轉(zhuǎn)/分鐘，研磨，溫度升至120±2℃，加入硬脂酰胺：10g，研磨30min，溫度繼續(xù)升高到190±2℃，白糖：60g，三聚氰胺：10g，異丙基三(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯：20g，恒溫，在500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨45min，，冷至室溫，得到3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料，所得到3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料，其粒徑為100~150μm的范圍內(nèi)。
使用方法：將3d打印鈦酸鍶鋇粉體材料加入到選擇性激光燒結(jié)成型機(jī)的供粉缸中，鋪粉滾輪將粉末材料均勻地鋪在加工平面上并被加熱至加工溫度，激光器發(fā)出激光，計(jì)算機(jī)控制激光器的開(kāi)關(guān)及掃描器的角度，使得激光束在加工平面上根據(jù)對(duì)應(yīng)的二維片層形狀進(jìn)行掃描，激光束掃過(guò)之后，工作臺(tái)下移一個(gè)層厚，再鋪粉，激光束掃描，如此反復(fù)，得到激光燒結(jié)件；其中激光束在加工平面上掃描的方式為分區(qū)域掃描，激光功率為80~100w，掃描速度為1500mm/s，掃描間距為0.1~0.15mm，分層厚度為0.10~0.2mm，預(yù)熱溫度：100℃，加工溫度為200~210℃。