專利名稱：亞麻布層鋪式選擇性激光燒結快速成形法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種選擇性激光燒結的快速成形方法。
背景技術：
選擇性激光燒結(SLS)是快速原型制造的ー種，采用激光器作能源，其工作過程為首先在計算機中建立零件的三維實體CAD模型，用分層軟件進行切片處理，得到每ー加工層面的信息，并將其轉換為電信號來控制激光掃描系統(tǒng)。在工作臺上均勻鋪上ー層很薄的加工材料粉末，激光束在計算機控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進行燒結，被激光束照射的加エ材料粉末熔化并在隨后的冷卻過程中粘結在一起，就完成了ー個層面的加エ；逐層鋪粉，逐層掃描燒結，直到完成最后ー層的加工，制造出三維實體模型。全部燒結完后去掉多余的加工材料粉末，再進行打磨、烘干等后續(xù)處理便獲得零部件。該技術具有加エ材料選擇范圍廣泛、多余材料易于清理、應用范圍廣等優(yōu)點，適用于原型及功能零件的制造。目前都采用不同的復合粉體作為選擇性激光燒結的原料，于是在選擇性激光燒結“推粉”(或稱作“鋪粉”)過程中常常出現混合粉不均勻、相互粘連聚集，導致鋪粉的厚度不均，甚至在某些點位出現復合粉體缺失的情況，從而影響了零部件的相對翹曲率、內部應カ和表面的粗糙度，在外力沖擊下極易在有“缺陷”處發(fā)生斷裂，影響使用安全性，而且成型件受紫外線照射后易氧化降解而導致機械性能變壞。
發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決采用復合粉體作為選擇性激光燒結的原料常常出現混合粉不均勻、相互粘連聚集，導致鋪粉的厚度不均，甚至在某些點位出現復合粉體缺失，影響零部件的相對翹曲率、內部應カ和表面的粗糙度的缺陷，而提出的ー種亞麻布層鋪式選擇性激光燒結快速成形法。亞麻布層鋪式選擇性激光燒結快速成形法按以下步驟進行一、在計算機中建立加工件的三維實體CAD模型，用分層軟件進行切片處理，得到每ー加工層面的信息，并轉換為電信號控制激光掃描系統(tǒng)；ニ、將ー層亞麻布平展，然后在亞麻布上噴涂固化液，之后進行選擇性激光燒結；三、重復步驟ニ，將亞麻布逐層疊放、噴涂固化液，并利用激光掃描系統(tǒng)每ー層逐一進行選擇性激光燒結，得到選擇性激光燒結半成品；四、將選擇性激光燒結半成品放入60°C的甲苯中浸泡5min，然后真空干燥，再放入銅氨溶液浸泡至亞麻纖維溶解，取出后用水沖洗再120°C干燥lh，即完成層鋪式選擇性激光燒結，得到加工件成品；其中步驟ニ中的固化液由環(huán)氧樹脂CYD-128和固化劑混合而成，環(huán)氧樹脂CYD-128與固化劑的質量比為100 8 12 ;超支化聚酯和環(huán)氧樹脂咪唑加成物按I : I的質量比混合，然后在120°C熔融形成固溶體，再將熔融的固溶體溶解在ニ甲基甲酰胺中制成體積濃度為50%的溶液，即得到步驟ニ中的固化劑。本發(fā)明步驟ニ中的環(huán)氧樹脂咪唑加成物為福建王牌精細化工有限公司生產的Kingcure390。本發(fā)明步驟ニ中環(huán)氧樹脂CYD-128與固化劑的質量比為100 10。本發(fā)明步驟ニ中環(huán)氧樹脂CYD-128和固化劑混合均勻并真空脫泡。本發(fā)明控制步驟ニ中激光燒結溫度為80 120°C。本發(fā)明步驟ニ中亞麻布的厚度為O. Imm O. 2mm。本發(fā)明步驟ニ中固化液噴涂使用前40°C預熱10 15min。本發(fā)明步驟ニ固化液的噴涂量須足以浸潤所選用的亞麻布。本發(fā)明選用的亞麻布厚度薄，可以提高加工件的加工精度，亞麻布纖維也更容易 被銅氨溶液溶解去除，而且更易于固化液的浸透。本發(fā)明選用亞麻布作為選擇性激光燒結的原料，具有來源廣泛的優(yōu)點。而且，因為亞麻布本身具有平整和均勻的特點，解決了傳統(tǒng)選擇性激光燒結過程中因“推粉”過程中出現的混合粉不均勻、相互粘連聚集，導致鋪粉的厚度不均的問題。由于本發(fā)明方法中固化液采用噴涂的方式且具有優(yōu)異的流動性和親潤性，所以本發(fā)明方法制備出的加工件內部不存在瑕疵點，內部均勻、應カ小，力學性能大幅提升。環(huán)氧樹脂固化時收縮性低，并利用亞麻布作為“骨架”，因此制成品相對翹曲率小，產生的內應カ小，也有助于提高粘附強度和力學性能。由于固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的力學性能，所以本發(fā)明方法制備出的加工件可不用進行后續(xù)強化處理。而且，固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的耐堿性、耐酸性和耐溶劑性，賦予本發(fā)明方法制備的加工件優(yōu)異的化學穩(wěn)定性。本發(fā)明方法制備的加工件具有突出的尺寸穩(wěn)定性和耐久性，還具有耐霉菌的優(yōu)點。本發(fā)明方法可用于制備做薄壁件。
具體實施例方式本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式亞麻布層鋪式選擇性激光燒結快速成形法按以下步驟進行一、在計算機中建立加工件的三維實體CAD模型，用分層軟件進行切片處理，得到每ー加工層面的信息，并轉換為電信號控制激光掃描系統(tǒng)；ニ、將ー層亞麻布平展，然后在亞麻布上噴涂固化液，之后進行選擇性激光燒結；三、重復步驟ニ，將亞麻布逐層疊放、噴涂固化液，并利用激光掃描系統(tǒng)每ー層逐一進行選擇性激光燒結，得到選擇性激光燒結半成品；四、將選擇性激光燒結半成品放入60°C的甲苯中浸泡5min，然后真空干燥，再放入銅氨溶液浸泡至亞麻纖維溶解，取出后用水沖洗再120°C干燥lh，即完成層鋪式選擇性激光燒結，得到加工件成品；其中步驟ニ中的固化液由環(huán)氧樹脂CYD-128和固化劑混合而成，環(huán)氧樹脂CYD-128與固化劑的質量比為100 : 8 12 ;步驟ニ中固化液噴涂使用前40°C預熱10 15min ；
超支化聚酯和環(huán)氧樹脂咪唑加成物按I : I的質量比混合，然后在120°C熔融形成固溶體，再將熔融的固溶體溶解在ニ甲基甲酰胺中制成體積濃度為50%的溶液，即得到步驟ニ中的固化劑。本實施方式步驟ニ中所噴涂的固化液具有優(yōu)異的流動性，能浸透亞麻布，滲入亞麻布纖維，并與前ー層(其下面ー層)激光燒結固化的物質相接觸；固化液隨激光光束燒結而凝固化；因此燒結區(qū)域內亞麻布中的亞麻布纖維由內之外都被固化改性，同時上下兩層之間通過環(huán)氧樹脂固化物連接。由于本實施方式燒結區(qū)域內的亞麻布纖維都被固化改性，激光燒結固化物(固化后的環(huán)氧樹脂體系)阻斷了銅氨溶液對激光燒結區(qū)域內被固化改性亞麻布纖維的溶解。
被銅氨溶液溶解的亞麻布纖維，還可用于制作銅氨纖維，不但能物盡其用，還可增加期附加值，降低生產成本。本實施方式步驟四中將選擇性激光燒結半成品放入甲苯中可以有效的溶解、去除沒有固化的環(huán)氧樹脂CYD-128以及固化劑。之后的真空干燥可將有效去除殘留的甲苯。本實施方式固化液噴涂使用前40°C預熱10 15min，在不降低固化液流動性和浸透性的同時，加快了激光燒結過程中固化液的固化速度。本實施方式步驟四中用水沖洗后再120°C干燥lh，不僅可以除去加工件表面的水分，同時進一歩固化提高產品力學性能。本實施方式的制備方法具有廢料易去除，而且本實施方式的制備的加工件強度高，易打磨，不吸濕，不變形，具有防潮性，可在潮濕環(huán)境、水溶液、酸溶液或堿溶液中使用。由于本實施方式的制備的加工件熱穩(wěn)定性高，可耐受270°C的高溫，適用于較高溫度的鑄模エ藝。
具體實施方式
ニ 本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟ニ中的環(huán)氧樹脂咪唑加成物為福建王牌精細化工有限公司生產的Kingcure 390。其它步驟及參數與實施方式一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或ニ的不同點是步驟ニ中環(huán)氧樹脂CYD-128與固化劑的質量比為100 10。其它步驟及參數與實施方式一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一的不同點是步驟ニ中環(huán)氧樹脂CYD-128和固化劑混合均勻并真空脫泡。其它步驟及參數與實施方式一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一的不同點是控制步驟ニ中激光燒結溫度為80 120°C。其它步驟及參數與實施方式一至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至四之一的不同點是控制步驟ニ中激光燒結溫度為80°C。其它步驟及參數與實施方式一至四之一相同。本實施方式所制備加工件的力學性能最好。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至四之一的不同點是控制步驟ニ中激光燒結溫度為120°C。其它步驟及參數與實施方式一至四之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至四之一的不同點是控制步驟ニ中激光燒結溫度為116°C。其它步驟及參數與實施方式一至四之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至四之一的不同點是控制步驟二中激光燒結溫度為90 110°C。其它步驟及參數與實施方式一至四之一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至九之一的不同點是步驟二中亞麻布的厚度為O. Imm O. 2_。其它步驟及參數與實施方式一至九之一相同。
具體實施方式
i^一 本實施方式與具體實施方式
一至九之一的不同點是步驟二中亞麻布的厚度為O. 1_。其它步驟及參數與實施方式一至九之一相同。實施例I亞麻布層鋪式選擇性激光燒結快速成形法按以下步驟進行一、在計算機中建立加工件的三維實體CAD模型，用分層軟件進行切片處理，得到每一加工層面的信息，并轉換為電信號控制激光掃描系統(tǒng)； 二、將一層亞麻布平展，然后在亞麻布上噴涂固化液，之后進行選擇性激光燒結；三、重復步驟二，將亞麻布逐層疊放、噴涂固化液，并利用激光掃描系統(tǒng)每一層逐一進行選擇性激光燒結，得到選擇性激光燒結半成品；四、將選擇性激光燒結半成品放入60°C的甲苯中浸泡5min，然后真空干燥，再放入銅氨溶液浸泡至亞麻纖維溶解，取出后用水沖洗再120°C干燥lh，即完成層鋪式選擇性激光燒結，得到加工件成品；其中步驟二中的固化液由環(huán)氧樹脂CYD-128和固化劑混合而成，并真空脫泡，環(huán)氧樹脂CYD-128與固化劑的質量比為100 10 ;步驟二中固化液噴涂使用前40°C預熱IOmin ；超支化聚酯和環(huán)氧樹脂咪唑加成物(福建王牌精細化工有限公司生產的Kingcure 390)按I : I的質量比混合，然后在120°C熔融形成固溶體，再將熔融的固溶體溶解在二甲基甲酰胺中制成體積濃度為50%的溶液，即得到步驟二中的固化劑；其中，控制步驟二中激光燒結溫度為80°C，激光燒結掃描激光光束的移動速率為900mm/s 1000mm/s,激光光斑的特征半徑為O. 3mm,激光光束掃描間距為O. 15mm ;步驟二中亞麻布的厚度為O. 1mm。進行對比實驗分3組進行對比實驗，第I組以本實施例制備的加工件進行測試，第2組以木粉和熱熔膠粉末直接混合粉為原料利用傳統(tǒng)選擇性激光燒結方法制備的加工件進行測試，第3組以聚丙烯(PP)粉為原料利用傳統(tǒng)選擇性激光燒結方法制備的加工件進行測試。加工件形狀、規(guī)格完全相同。第2組和第3組米用分區(qū)域掃描方式,激光器輸出功率為30 50W,掃描激光光束的移動速率為1800mm/s 2000mm/s，激光光斑的特征半徑為O. 3mm，激光光束掃描間距為O. 15mm,分層厚度為O. 1mm。對比實驗結果弟I組廣品的相對翅曲率為O. 22%, 2組廣品的相對翅曲率為O. 89%，第3組產品的相對翹曲率為O. 53%。說明本實施例所選用的方法可制備出成型質量更好的產品。由于第3組產品的脆性太大，以至于輕微震蕩或沖擊就馬上破碎，無法進行力學檢測，必須經過浸蠟后處理才能使用。第I組產品的拉伸強度為10. 4MPa，沖擊強度為5. 24千焦/平方米，彎曲彈性模量1534MPa。第2組產品的拉伸強度為0.014MPa(小于O. 015MPa)，沖擊強度為O. 567千焦/平方米(小于O. 8千焦/平方米)，彎曲強度無法測試。說明選用本實施例產品的力學性能遠 遠優(yōu)于第2組和第3。第I組產品的表面粗糙度Ra為O. 006 O. 008mm,第2組產品的表面粗糙度Ra為O. 06 O. 094mm,第3組產品的表面粗糙度Ra為O. I O. 2_。實施例2亞麻布層鋪式選擇性激光燒結快速成形法按以下步驟進行一、在計算機中建立加工件的三維實體CAD模型，用分層軟件進行切片處理，得到每一加工層面的信息，并轉換為電信號控制激光掃描系統(tǒng)；二、將一層亞麻布平展，然后在亞麻布上噴涂固化液，之后進行選擇性激光燒結；三、重復步驟二，將亞麻布逐層疊放、噴涂固化液，并利用激光掃描系統(tǒng)每一層逐一進行選擇性激光燒結，得到選擇性激光燒結半成品；四、將選擇性激光燒結半成品放入60°C的甲苯中浸泡5min，然后真空干燥，再放入銅氨溶液浸泡至亞麻纖維溶解，取出后用水沖洗再120°C干燥lh，即完成層鋪式選擇性激光燒結，得到加工件成品；其中步驟二中的固化液由環(huán)氧樹脂CYD-128和固化劑混合而成，并真空脫泡，環(huán)氧樹脂CYD-128與固化劑的質量比為100 10 ;步驟二中固化液噴涂使用前40°C預熱IOmin ；超支化聚酯和環(huán)氧樹脂咪唑加成物(福建王牌精細化工有限公司生產的Kingcure 390)按I : I的質量比混合，然后在120°C熔融形成固溶體，再將熔融的固溶體溶解在二甲基甲酰胺中制成體積濃度為50%的溶液，即得到步驟二中的固化劑；其中，控制步驟二中激光燒結溫度為116°C，激光燒結掃描激光光束的移動速率為1800mm/s 2000mm/s,激光光斑的特征半徑為O. 3mm,激光光束掃描間距為O. 15mm ;步驟二中亞麻布的厚度為O. 1mm。進行對比實驗分3組進行對比實驗，第I組以本實施例制備的加工件進行測試，第2組以木粉和熱熔膠粉末直接混合粉為原料利用傳統(tǒng)選擇性激光燒結方法制備的加工件進行測試，第3組以聚丙烯(PP)粉為原料利用傳統(tǒng)選擇性激光燒結方法制備的加工件進行測試。加工件形狀、規(guī)格完全相同。第2組和第3組米用分區(qū)域掃描方式,激光器輸出功率為30 50W,掃描激光光束的移動速率為1800mm/s 2000mm/s，激光光斑的特征半徑為O. 3mm，激光光束掃描間距為O. 15mm,分層厚度為O. 1mm。對比實驗結果弟I組廣品的相對翅曲率為O. 23%, 2組廣品的相對翅曲率為O. 89%，第3組產品的相對翹曲率為O. 53%。說明本實施例所選用的方法可制備出成型質量更好的產品。由于第3組產品的脆性太大，以至于輕微震蕩或沖擊就馬上破碎，無法進行力學檢測，必須經過浸蠟后處理才能使用。第I組產品的拉伸強度為10. 15MPa，沖擊強度為
4.98千焦/平方米，彎曲彈性模量1504MPa。第2組產品的拉伸強度為O. 014MPa(小于O. 015MPa)，沖擊強度為O. 567千焦/平方米(小于O. 8千焦/平方米)，彎曲強度無法測試。說明選用本實施例產品的力學性能遠遠優(yōu)于第2組和第3。第I組產品的表面粗糙度Ra為O. 006 O. 008mm,第2組產品的表面粗糙度Ra為O.06 O. 094mm,第3組產品的表面粗糙度Ra為O. I O. 2_。實施例3亞麻布層鋪式選擇性激光燒結快速成形法按以下步驟進行—、在計算機中建立加工件的三維實體CAD模型，用分層軟件進行切片處理，得到每一加工層面的信息，并轉換為電信號控制激光掃描系統(tǒng)；二、將一層亞麻布平展，然后在亞麻布上噴涂固化液，之后進行選擇性激光燒結；三、重復步驟二，將亞麻布逐層疊放、噴涂固化液，并利用激光掃描系統(tǒng)每一層逐一進行選擇性激光燒結，得到選擇性激光燒結半成品；四、將選擇性激光燒結半成品放入60°C的甲苯中浸泡5min，然后真空干燥，再放入銅氨溶液浸泡至亞麻纖維溶解，取出后用水沖洗再120°C干燥lh，即完成層鋪式選擇性激光燒結，得到加工件成品；其中步驟二中的固化液由環(huán)氧樹脂CYD-128和固化劑混合而成，并真空脫泡，環(huán)氧樹脂CYD-128與固化劑的質量比為100 10 ;步驟二中固化液噴涂使用前40°C預熱15min ；超支化聚酯和環(huán)氧樹脂咪唑加成物(福建王牌精細化工有限公司生產的Kingcure 390)按I : I的質量比混合，然后在120°C熔融形成固溶體，再將熔融的固溶體溶解在二甲基甲酰胺中制成體積濃度為50%的溶液，即得到步驟二中的固化劑；其中，控制步驟二中激光燒結溫度為120°C，激光燒結掃描激光光束的移動速率為900mm/s 1000mm/s,激光光斑的特征半徑為O. 3mm,激光光束掃描間距為O. 15mm ;步驟二中亞麻布的厚度為O. 1mm。進行對比實驗分3組進行對比實驗，第I組以本實施例制備的加工件進行測試，第2組以木粉和熱熔膠粉末直接混合粉為原料利用傳統(tǒng)選擇性激光燒結方法制備的加工件進行測試，第3組以聚丙烯(PP)粉為原料利用傳統(tǒng)選擇性激光燒結方法制備的加工件進行測試。加工件形狀、規(guī)格完全相同。第2組和第3組米用分區(qū)域掃描方式,激光器輸出功率為30 50W,掃描激光光束的移動速率為1800mm/s 2000mm/s，激光光斑的特征半徑為O. 3mm，激光光束掃描間距為
O.15mm,分層厚度為O. 1mm。對比實驗結果弟I組廣品的相對翅曲率為O. 23%, 2組廣品的相對翅曲率為
O.89%，第3組產品的相對翹曲率為O. 53%。說明本實施例所選用的方法可制備出成型質量更好的產品。由于第3組產品的脆性太大，以至于輕微震蕩或沖擊就馬上破碎，無法進行力學檢測，必須經過浸蠟后處理才能使用。第I組產品的拉伸強度為10. 2MPa，沖擊強度為5. 01千焦/平方米，彎曲彈性模量1512MPa。第2組產品的拉伸強度為O. 014MPa(小于
O.015MPa)，沖擊強度為O. 567千焦/平方米(小于O. 8千焦/平方米)，彎曲強度無法測試。說明選用本實施例產品的力學性能遠遠優(yōu)于第2組和第3。第I組產品的表面粗糙度Ra為O. 006 O. 008mm,第2組產品的表面粗糙度Ra為
O.06 O. 094mm,第3組產品的表面粗糙度Ra為O. I O. 2_。權利要求
1.亞麻布層鋪式選擇性激光燒結快速成形法，其特征在于亞麻布層鋪式選擇性激光燒結快速成形法按以下步驟進行 一、在計算機中建立加工件的三維實體CAD模型，用分層軟件進行切片處理，得到每ー加工層面的信息，并轉換為電信號控制激光掃描系統(tǒng)； ニ、將ー層亞麻布平展，然后在亞麻布上噴涂固化液，之后進行選擇性激光燒結； 三、重復步驟ニ，將亞麻布逐層疊放、噴涂固化液，并利用激光掃描系統(tǒng)每ー層逐一進行選擇性激光燒結，得到選擇性激光燒結半成品； 四、將選擇性激光燒結半成品放入60°C的甲苯中浸泡5min，然后真空干燥，再放入銅氨溶液浸泡至亞麻纖維溶解，取出后用水沖洗再120°C干燥lh，即完成層鋪式選擇性激光燒結，得到加工件成品； 其中步驟ニ中的固化液由環(huán)氧樹脂CYD-128和固化劑混合而成，環(huán)氧樹脂CYD-128與固化劑的質量比為100 8 12 ; 超支化聚酯和環(huán)氧樹脂咪唑加成物按I : I的質量比混合，然后在120°C熔融形成固溶體，再將熔融的固溶體溶解在ニ甲基甲酰胺中制成體積濃度為50%的溶液，即得到步驟ニ中的固化劑。
2.根據權利要求I所述的亞麻布層鋪式選擇性激光燒結快速成形法，其特征在于步驟ニ中的環(huán)氧樹脂咪唑加成物為福建王牌精細化工有限公司生產的Kingcure 390。
3.根據權利要求I或2所述的亞麻布層鋪式選擇性激光燒結快速成形法，其特征在于步驟ニ中環(huán)氧樹脂CYD-128與固化劑的質量比為100 10。
4.根據權利要求3所述的亞麻布層鋪式選擇性激光燒結快速成形法，其特征在于步驟ニ中環(huán)氧樹脂CYD-128和固化劑混合均勻并真空脫泡。
5.根據權利要求4所述的亞麻布層鋪式選擇性激光燒結快速成形法，其特征在于控制步驟ニ中激光燒結溫度為80 120°C。
6.根據權利要求5所述的亞麻布層鋪式選擇性激光燒結快速成形法，其特征在于步驟ニ中亞麻布的厚度為O. Imm O. 2mm。
7.根據權利要求6所述的亞麻布層鋪式選擇性激光燒結快速成形法，其特征在于步驟ニ中固化液噴涂使用前40°C預熱10 15min。
全文摘要
亞麻布層鋪式選擇性激光燒結快速成形法，它涉及一種選擇性激光燒結的方法。它要解決采用復合粉體作為選擇性激光燒結的原料常常出現混合粉不均勻、相互粘連聚集，導致鋪粉的厚度不均，甚至在某些點位出現復合粉體缺失，影響零部件的相對翹曲率、內部應力和表面的粗糙度的缺陷。方法一、計算機建模；二、層鋪亞麻布、噴涂固化液并選擇性激光燒結；三、重復步驟二；四、半成品甲苯中浸泡，然后真空干燥，再放入銅氨溶液浸泡，取出后用水沖洗再120℃干燥1h，即完成層鋪式選擇性激光燒結。本發(fā)明用于選擇性激光燒結制備加工零部件或模具制造。
文檔編號B29C67/04GK102632617SQ20121014444
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權日2012年5月11日
發(fā)明者于志祥, 劉穎, 姜凱譯, 曾偉梁, 郭艷玲 申請人:哈爾濱師范大學