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激光燒結(jié)3d打印覆膜砂的方法及激光燒結(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。

寶珠砂又名電熔陶粒，是石英砂的高級(jí)替代品。石英砂的優(yōu)點(diǎn)是分布廣泛，成本低廉；但其缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯：一是膨脹系數(shù)大，鑄件精度低；二是鑄件表面粘砂嚴(yán)重，清砂困難。究其因，是石英在不同的溫度下會(huì)有多種同質(zhì)異晶體生成，體積變化大；受耐火度(石英砂的耐火度在1400～1700℃之間)的限制，鑄件局部(孔、槽、及熱節(jié)集中的部位)粘砂嚴(yán)重，清理十分困難。上述缺點(diǎn)在大型鑄鋼件的生產(chǎn)中尤為嚴(yán)重。寶珠砂能克服這些缺點(diǎn)，從而大大提高了鑄件的質(zhì)量。寶珠砂是以優(yōu)質(zhì)鋁釩土為原料，經(jīng)煅燒、電熔、造粒、分篩等工藝而制成的。

覆膜砂(coatedsand)。砂粒表面在造型前即覆有一層固體樹(shù)脂膜的型砂或芯砂。有冷法和熱法兩種覆膜工藝：冷法用乙醇將樹(shù)脂溶解，并在混砂過(guò)程中加入烏洛托品，使二者包覆在砂粒表面，乙醇揮發(fā)，得覆膜砂；熱法把砂預(yù)熱到一定溫度，加樹(shù)脂使其熔融，攪拌使樹(shù)脂包覆在砂粒表面，加烏洛托品水溶液及潤(rùn)滑劑，冷卻、破碎、篩分得覆膜砂。用于鑄鋼件、鑄鐵件。覆膜砂是由德國(guó)克洛寧博士于二次大戰(zhàn)期間發(fā)明的，其工藝過(guò)程是將粉狀的熱固性酚醛樹(shù)脂與寶珠砂機(jī)械混合，加熱時(shí)固化。后發(fā)展成用熱塑性酚醛樹(shù)脂加潛伏性固化劑(烏洛托品)和潤(rùn)滑劑通過(guò)一定的覆膜工藝配制成覆膜砂，當(dāng)覆膜砂受熱時(shí)包覆在砂粒表面的樹(shù)脂熔融，在烏洛托品分解出的亞甲基的作用下，熔融的樹(shù)脂由線性結(jié)構(gòu)迅速轉(zhuǎn)變成不熔融的體型結(jié)構(gòu)，從而使覆膜砂固化成型。

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)將糖膠粘劑涂層到到改性后的寶珠砂表面，得到覆膜砂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，減少環(huán)境污染，產(chǎn)品的品質(zhì)高。本申請(qǐng)的工藝制備的覆膜砂膠粘劑涂層均勻，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激光燒結(jié)3d打印覆膜砂的方法，快速成型覆膜砂不需要噴灑粘結(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激光燒結(jié)3d打印覆膜砂的方法，其特征在于，該方法具有以下工藝步驟：

(1)寶珠砂預(yù)處理：將寶珠砂用水清洗后，浸泡在質(zhì)量百分濃度為5～6％的十六烷基三甲基溴化銨的水溶液中，室溫放置48h，固液分離，干燥，得到預(yù)處理寶珠砂；

(2)激光燒結(jié)3d打印覆膜砂制備：在反應(yīng)器中，按質(zhì)量百分濃度加入，水：38％～44％，白糖：2％～6％，預(yù)處理寶珠砂：52％～56％，二亞乙基三胺：0.2％～1.0％，聚乙二醇：0.2％～2.0％，各組分之和為百分之百，強(qiáng)力攪拌，溫度升至160～170℃，直至水分蒸發(fā)完畢，研磨，過(guò)120目篩，得到激光燒結(jié)3d打印覆膜砂。

在步驟(1)中所述的寶珠砂的粒徑在160～200目范圍內(nèi)。

在步驟(1)中所述的寶珠砂與十六烷基三甲基溴化銨的水溶液的固液比為1g：5～10ml范圍內(nèi)。

在步驟(2)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)明的另一目的是提供激光燒結(jié)3d打印覆膜砂在3d打印機(jī)上成型的應(yīng)用，特點(diǎn)為：將激光燒結(jié)3d打印成型激光燒結(jié)3d打印覆膜砂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℃。

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)明獲得的激光燒結(jié)3d打印覆膜砂，采用糖作為膠粘劑涂層在寶珠砂表面，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)明獲得的激光燒結(jié)3d打印覆膜砂，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)明獲得的激光燒結(jié)3d打印覆膜砂，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)寶珠砂預(yù)處理：將100g寶珠砂用水清洗后，浸泡在800ml質(zhì)量百分濃度為5％的十六烷基三甲基溴化銨的水溶液中，室溫放置48h，固液分離，干燥，得到預(yù)處理寶珠砂；

(2)激光燒結(jié)3d打印覆膜砂制備：在反應(yīng)器中，分別加入，水：40ml，白糖：5g，預(yù)處理寶珠砂：54g，二亞乙基三胺：0.5g，聚乙二醇：0.5g，強(qiáng)力攪拌，溫度升至160～170℃，直至水分蒸發(fā)完畢，研磨，過(guò)120目篩，得到激光燒結(jié)3d打印覆膜砂。

實(shí)施例2

(1)寶珠砂預(yù)處理：將1000g寶珠砂用水清洗后，浸泡在10000ml質(zhì)量百分濃度為6％的十六烷基三甲基溴化銨的水溶液中，室溫放置48h，固液分離，干燥，得到預(yù)處理寶珠砂；

(2)激光燒結(jié)3d打印覆膜砂制備：在反應(yīng)器中，分別加入，水：380ml，白糖：40g，預(yù)處理寶珠砂：560g，二亞乙基三胺：10g，聚乙二醇：10g，強(qiáng)力攪拌，溫度升至160～170℃，直至水分蒸發(fā)完畢，研磨，過(guò)120目篩，得到激光燒結(jié)3d打印覆膜砂。

實(shí)施例3

(1)寶珠砂預(yù)處理：將1000g寶珠砂用水清洗后，浸泡在5000ml質(zhì)量百分濃度為5.5％的十六烷基三甲基溴化銨的水溶液中，室溫放置48h，固液分離，干燥，得到預(yù)處理寶珠砂；

(2)激光燒結(jié)3d打印覆膜砂制備：在反應(yīng)器中，分別加入，水：440ml，白糖：35g，預(yù)處理寶珠砂：520g，二亞乙基三胺：2g，聚乙二醇：2g，強(qiáng)力攪拌，溫度升至160～170℃，直至水分蒸發(fā)完畢，研磨，過(guò)120目篩，得到激光燒結(jié)3d打印覆膜砂。

實(shí)施例4

(1)寶珠砂預(yù)處理：將2000g寶珠砂用水清洗后，浸泡在14000ml質(zhì)量百分濃度為5％的十六烷基三甲基溴化銨的水溶液中，室溫放置48h，固液分離，干燥，得到預(yù)處理寶珠砂；

(2)激光燒結(jié)3d打印覆膜砂制備：在反應(yīng)器中，分別加入，水：420ml，白糖：20g，預(yù)處理寶珠砂：550g，二亞乙基三胺：8g，聚乙二醇：8g，強(qiáng)力攪拌，溫度升至160～170℃，直至水分蒸發(fā)完畢，研磨，過(guò)120目篩，得到激光燒結(jié)3d打印覆膜砂。

實(shí)施例5

(1)寶珠砂預(yù)處理：將500g寶珠砂用水清洗后，浸泡在4000ml質(zhì)量百分濃度為5％的十六烷基三甲基溴化銨的水溶液中，室溫放置48h，固液分離，干燥，得到預(yù)處理寶珠砂；

(2)激光燒結(jié)3d打印覆膜砂制備：在反應(yīng)器中，分別加入，水：195ml，白糖：30g，預(yù)處理寶珠砂：265g，二亞乙基三胺：5g，聚乙二醇：5g，強(qiáng)力攪拌，溫度升至160～170℃，直至水分蒸發(fā)完畢，研磨，過(guò)120目篩，得到激光燒結(jié)3d打印覆膜砂。

使用方法：將激光燒結(jié)3d打印覆膜砂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℃。