CN1188464C - 用于激光烧结快速成型制品的尼龙粉末材料 - Google Patents
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Abstract
本发明用于激光烧结快速成型制品的尼龙粉末材料，属于激光束加工零件的技术领域。目前用于激光烧结快速成型产品模型(制品)的成型粉末材料有PS、ABS，利用这两种粉末制造的原型制品强度低、韧性差，容易破损，产品必须经过浸树脂后处理、热烘固化，存在工艺复杂，制造成本较高的缺点。本发明采用化学合成方法结合表面处理、改性工艺，制成的尼龙粉末材料，具有制造工艺方便，烧结性能优良，成型制品(模型)的强度高、韧性好，产品成本低等优点，特别适用于新产品模型的快速制造。
Description
技术领域
本发明属于用激光束加工零件类，涉及一种用于激光烧结快速成型制品的尼龙粉末材料，用来快速制造新产品模型，为实现新产品开发的柔性生产提供新材料。
背景技术
当前，工业产品的国际市场竞争日趋激烈，为了提高企业的竞争能力，新产品的开发速度至关重要。在新产品的研究、开发阶段，科研人员使用计算机辅助设计方法虽然加快了产品设计的速度，但是只能借助设计图纸和计算机模拟，一般地对产品设计进行评估，不能对产品设计的结构合理性、工艺可行性、最终效果做出直接的、准确的评价。解决问题的办法只有通过制造产品模型(制品)，对其实物进行外观、尺寸精度检验、材料性能测试、功能参数实验，方可评价新产品的市场竞争能力。传统的模型制造方式采用压制、机械加工等工艺，需要特殊的模具、工具，制造周期长，成本高。对形状复杂的零件尤其困难，大大地降低了产品推向市场的速度，降低了企业的市场竞争能力。
激光烧结快速成型技术是90年代发展起来的一项高新技术，它集成了现代数控技术、CAD/CAM技术、激光技术及新材料等领域的新成果。具体地说，激光烧结快速成型技术主要由以下步骤组成：(1)在计算机机中建立制品的三维实体CAD模型，然后用分层软件进行切片处理，得到每一加工层面的信息，并将其转化为电信号控制激光扫描系统工作；(2)在成型工作平台上铺设一层致密均匀的成型粉末材料，激光束在计算机控制下根据切片层面信息对成型粉末材料进行扫描烧结，被激光束照射的粉末熔化并在随后的冷却进程中粘接在一起，完成第一个层面的加工；(3)逐层铺粉，逐层扫描烧结，采用上述叠加成形法，最后制造出三维实体零件。采用激光烧结快速成型方法，成功解决了计算机辅助设计中三维造型的“看得见、模不着”的问题，快速制造出新产品的实物模型(制品)。供设计者直接进行产品设计验证、性能试验，从而快速经济地进行设计评价、修改、完善，缩短了新产品开发周期。
目前用于激光烧结快速成型新产品模型(制品)的成型粉末有聚苯乙稀PS、ABS，利用这两种粉末材料制造的原型制品强度低韧性较差，容易破损，不能直接用于产品装配、干涉检验及性能测试，必须经过浸树脂后处理结合热烘固化，提高其强韧性后方可使用，工艺复杂，制造成本较高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有技术的缺点，提供一种用于激光烧结快速成型制品的尼龙粉末材料，它具有制备工艺简便，产品烧结成型性能优良，成型制品的强度高、韧性好，产品成本低等优点。特别适用于新产品模型的快速制造。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种用于激光烧结快速成型制品的尼龙粉末材料，其组分是在有机粒料制成的尼龙粉中添加：表面活性剂、增容剂、光吸收剂、降粘剂、成核剂以及有机填料；其含量为每一千克尼龙粉中添加：表面活性剂1-10克、增容剂5-200克、光吸收剂0.1-5克、降粘剂0.5-30克，成核剂1-20克、有机填料5-100克。其制备工艺步骤为：
(1)尼龙粉的制备：将尼龙粉料在冷冻设备中冷却到-60℃--150℃，进行粉碎加工、筛分，制得尼龙粉；
(2)表面处理：将上述尼龙粉放入高速混合机中，添加雾状、溶于有机溶剂的表面活性剂和光吸收剂，高速搅拌均匀后，烘干，制得基料；
(3)改性：在表面处理后的基料中添加增容剂、降粘剂、成核剂、有机填料，在高速混合机中混合均匀；
(4)筛分：将上述已改性的粉料在震动筛中筛分，得到所需粒度的尼龙粉末材料。
所述的制备尼龙粉的有机粒料为聚酰胺类塑料，选自尼龙6、或尼龙66、或尼龙1010、或尼龙11、或尼龙12；
所述的表面活性剂为具有分散作用的表面活性剂：选自十二烷基苯磺酸钠、或甲撑二异丙基苯磺酸钠；
所述的增容剂为接枝或嵌段共聚物：选自聚丙烯—接枝马来酸酣、或聚乙烯—接枝马来酸酣、或乙烯—乙酸乙烯共聚物、或氯磺化聚丙烯；
所述的光吸收剂为二苯甲酮类光吸收剂、或苯并三唑类光吸收剂、或受阻胺类光吸收剂和紫外线猝灭剂，其中紫外线猝灭剂选自光稳定剂2002或UV327；
所述的降粘剂为无机填料：选自碳酸钙、或滑石粉、或白碳黑、或玻璃球；
所述的成核剂为纳米粒子：选自纳米二氧化硅、或纳米氧化铝；
所述的有机填料为粉状聚丙烯、或粉状聚乙烯、或粉状聚苯乙烯、或粉状聚甲基丙烯酸甲酯。
本发明与可用于激光烧结快速成型制品的粉末材料如聚苯乙烯(PS)、ABS相比，由于主要成份为尼龙粉，且经过表面处理和改性工艺，使其具有良好的激光烧结性能，制品无需经过浸树脂后处理和热烘固化，即可获得强度高，韧性好的成型零件，可直接用于对实体模型进行强度、性能的检验，验证产品设计结构的合理性、制造工艺的可行性、造型的美观性，及时修改、完善产品设计，以响应市场的需要，从而大大缩短新产品的开发周期，降低研制成本，实现柔性生产，使企业具备更强的竞争能力。
具体实施方式
实施例1：
(1)取1千克尼龙12粒料在冷冻设备中冷却到-60℃--150℃，进行粉碎、筛分，制得尼龙粉；
(2)将上述尼龙粉在高速混合机中，利用喷雾设备添加表面活性剂：十二烷基苯磺酸钠1克、光吸收剂：光稳定剂2002，0.1克，经高速搅拌均匀后在真空烘箱中烘干，制得基料；
(3)在上述基料中添加增容剂：聚丙烯—接枝马来酸酣5克、降粘剂：白碳黑0.5克、成核剂：纳米二氧化硅1克、填料：聚丙烯粉5克，在高速混合机中混合均匀，经筛分制得尼龙粉末材料。
实施例2：(以下详细工艺步骤同实施例1)
(1)取1千克尼龙6粒料，冷冻、粉碎、筛分；
(2)添加表面活性剂：甲撑二异丙基苯磺酸钠10克，光吸收剂：UV327，5克，搅拌、烘干；
(3)添加增容剂：聚乙烯—接枝马来酸酣200克、降粘剂：碳酸钙30克、成核剂：纳米氧化铝20克、填料；聚乙烯粉100克，混合、筛分。
实施例3：
(1)取1千克尼龙1010粒料，冷冻、粉碎、筛分；
(2)添加表面活性剂：二烷基磺酸钠2克，光吸收剂：光稳定剂2002，2克，搅拌、烘干；
(3)添加增容剂：聚丙烯—接枝马来酸酣60克、降粘剂：白碳黑20克、成核剂：纳米二氧化硅3克、填料：聚丙烯粉20克，混合、筛分。
实施例4：
(1)取1千克尼龙9粒料，冷冻、粉碎、筛分；
(2)添加表面活性剂：二烷基磺酸钠5克，光吸收剂：光稳定剂2002，3克，搅拌、烘干；
(3)添加增容剂：氯磺化聚丙烯100克、降粘剂：玻璃球10克、成核剂：纳米二氧化硅10克、填料：聚甲基丙烯酸甲酯粉50克，混合、筛分。
实施例5：
(1)取1千克尼龙66粒料，冷冻、粉碎、筛分；
(2)添加表面活性剂：甲撑二异丙基苯磺酸钠3克，光吸收剂：UV327，2克，搅拌、烘干；
(3)添加增容剂：乙烯—乙酸乙烯共聚物80克、降粘剂：滑石粉20克、成核剂：纳米二氧化硅3克、填料：聚丙烯粉20克，混合、筛分。
实施例6：
(1)取1千克尼龙11粒料，冷冻、粉碎、筛分；
(2)添加表面活性剂：十二烷基苯磺酸钠2克，光吸收剂：光稳定剂2002，2克，搅拌、烘干；
(3)添加增容剂：聚丙烯—接枝马来酸酣60克、降粘剂：白碳黑30克、成核剂：纳米二氧化硅3克、填料：聚丙烯粉20克，混合、筛分。
Claims (3)
1、一种用于激光烧结快速成型制品的尼龙粉末材料，其特征在于所述的粉末材料，其组分是在有机粒料制成的尼龙粉中添加：表面活性剂、增容剂、光吸收剂、降粘剂、成核剂、有机填料，其含量为：每一千克尼龙粉中添加：表面活性剂1-10克，增容剂5-200克、光吸收剂0.1-5克、降粘剂0.5-30克、成核剂1-20克、有机填料5-100克，其制备工艺步骤为：
(1)尼龙粉的制备：将尼龙粉料在冷冻设备中冷却到-60℃--150℃，进行粉碎、筛分，制得尼龙粉；
(2)表面处理：将上述尼龙粉放入高速混合机中，按上述含量比例添加雾状、溶于有机溶剂的表面活性剂和光吸收剂，搅拌均匀后烘干，制得基料；
(3)改性：在表面处理后的基料中按上述含量比例添加增容剂、降粘剂、成核剂、有机填料，在高速混合机中混合均匀；
(4)筛分：将上述已改性的粉料在机械震动筛中筛分，得到所需粒度的尼龙粉末材料。
2、按照权利要求1所述的尼龙粉末材料，其特征在于所述的制备尼龙粉的有机粒料为聚酰胺类塑料：选自尼龙6、或尼龙66、或尼龙1010、或尼龙11、或尼龙12；所述的表面活性剂为具有分散作用的表面活性剂：选自十二烷基苯磺酸钠、或甲撑二异丙基苯磺酸钠；所述的增容剂为接枝或嵌段共聚物：选自聚丙烯—接枝马来酸酣、或聚乙烯—接枝马来酸酣、或乙烯—乙酸乙烯共聚物、或氯磺化聚丙烯；所述的光吸收剂为二苯甲酮类光吸收剂、或苯并三唑类光吸收剂、或受阻胺类光吸收剂和紫外线猝灭剂，其中紫外线猝灭剂选自光稳定剂2002或UV327；所述的降粘剂为无机填料：选自碳酸钙、或滑石粉、或白碳黑、或玻璃球；所述的成核剂为纳米粒子：选自纳米二氧化硅、或纳米氧化铝；所述的有机填料为粉状聚丙烯、或粉状聚乙烯、或粉状聚苯乙烯、或粉状聚甲基丙烯酸甲酯。
3、按照权利要求1或2所述的尼龙粉末材料，其特征在于所述的制备尼龙粉的有机粒料为尼龙12，含量为1000克，添加剂及含量为：表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠2克，增容剂为聚丙烯—接枝马来酸酣60克，光吸收剂为光稳定剂2002、2克，降粘剂为白碳黑20克，成核剂为纳米二氧化硅3克，有机填料为聚丙烯粉20克。
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