CN106832901A - 低成本选择性激光烧结用改性尼龙复合粉末及其使用方法 - Google Patents

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张弛青阳
胥继强
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Abstract

本发明公开了一种低成本选择性激光烧结用改性尼龙复合粉末，所述改性尼龙复合粉末由以下质量百分比的原料组成，空心玻璃微珠15％～20％，余量为尼龙粉PA12。利用空心玻璃微珠与尼龙粉PA12共混后的烧结特性，在EOS P395粉末烧结成型设备上进行打印，通过调节预热温度、扫描速度、激光功率等参数，烧结成品达到了稳定成型、精度高、表面良好的特性，满足对成型件强度性能指标不作严格要求，如影视、手摸、cosplay、展览等创意类以及工程实物样品等领域的需求，从而可以降低成本，实现材料成本降低50％以上。本发明还公开了一种低成本选择性激光烧结用改性龙粉末的使用方法。

Description

低成本选择性激光烧结用改性尼龙复合粉末及其使用方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种低成本选择性激光烧结用改性尼龙复合粉末，还涉及一种低成本选择性激光烧结用改性尼龙复合粉末的使用方法。
背景技术
选择性激光烧结技术因为具有成型材料选择范围宽、应用领域广等突出优点，已成为国际上的研究重点，国外有许多高校、科研机构及公司正在进行该项技术的研究开发，如美国的Austin大学、DTM公司、德国的EOS公司等，目前国外对该项技术的研究开发主要集中在成型材料及成型工艺方面。
尼龙材料与一般材料相比，具有耐磨、强韧等优点，可以通过选择性激光烧结技术快捷制造出新产品的实物模型或功能零件，供设计者直接进行产品设计验证、性能试验。然而用传统尼龙粉末材料直接烧结功能件，由于尼龙粉末在激光烧结过程中不可避免要产生体积收缩，使工件尺寸发生变化，以及产生内应力，从而在烧结过程中制件会发生很严重的收缩和翘曲变形，无法满足使用要求。
近年来，国内外围绕尼龙材料开展了大量的工作。国外DTM公司和EOS公司都将尼龙粉末作为激光烧结的主导材料。DOT公司推出了以尼龙粉末为基体的系列化烧结材料DuraForm、Standard Nylon、DuraForm GF、ProtoFormTM Composite、Copper PA等；EOS公司也有与DuraForm、DuraForm GF类似的烧结材料。由于这类烧结材料都是专利产品，文献报道较少。在高性能尼龙材料方面国内尚无成熟产品。大多从事这方面快速成型技术应用的单位是采用国外进口的成型设备及配套成型材料，价格昂贵，并且还要附加材料技术专利使用费，使用成本高，不利于该技术的推广应用。近几年，部分快速成型材料开发单位对选择性激光烧结用尼龙材料进行了初步的研究工作，但所研究的材料离工程化应用还有相当差距，国内目前尚无成熟的尼龙材料可用于激光烧结获得高性能原型制件。
国外已利用尼龙粉末制作原型及功能零件，所开发的激光烧结快速成型尼龙粉末熔点均在180℃以上，对烧结成型条件要求极高：1)要求加热平面温度场温度差低于3℃；2)必须加保护气氛，以免尼龙粉在烧结过程中氧化；3)国外尼龙粉烧结成型要求与专用快速成型设备配套使用，设备与材料均价格昂贵，如美国DTM与德国EOS公司用于尼龙粉烧结成型设备均在280万元以上，每公斤尼龙粉售价为100美元。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，通过对工业用尼龙粉末进行物理改性和化学改性，提供一种低成本选择性激光烧结用改性尼龙复合粉末，实现材料成本降低50％以上。
本发明还提供一种低成本选择性激光烧结用改性尼龙复合粉末的使用方法。
本发明所采用的技术方案是：一种低成本选择性激光烧结用改性尼龙复合粉末，所述尼龙复合粉末由以下质量百分比组成为，空心玻璃微珠15％～20％，余量为尼龙粉PA12。
在本发明一种较佳实施例中，所述尼龙粉PA12目数为250～400目，其粒径为38～58μm。
在本发明一种较佳实施例中，所述空心玻璃微珠粒目数为280～625目，粒径为20～50μm，且其空心玻璃微珠粒平均粒径为35μm，壁厚为1～2μm。
本发明采用的另一种技术方案，一种低收缩的选择性激光烧结用改性尼龙复合粉末的使用方法，包括以下步骤：
S1、分别将空心玻璃微珠与尼龙粉PA12在震动筛中筛分，得到目数为250～400目的尼龙粉PA12，以及目数为280～625目的空心玻璃微珠；
S2、通过高速搅拌器，将预处理后的空心玻璃微珠、尼龙粉PA12按照质量百分比混合均匀，得到尼龙复合粉末；
S3、将上述尼龙复合粉末体在EOS P395打印机上经180℃/1.5h预热后烧结成型，制备工艺参数为：激光功率15W，扫描速度4000mm/S，烧结间距0.08mm，烧结层厚度0.12mm。
相较于现有技术，本发明具有的有益效果：
1、本发明的尼龙复合粉末末，属于市场销售的普通工业用尼龙粉PA12以及空心玻璃微珠，要求尼龙粉PA12目数为大于250目，对应粒径为小于58μm。空心玻璃微珠，要求粒度不大于50μm(280目)，尽量集中分布在20μm到50μm之间，平均粒径35μm，结合PA12 粉末的力度分布，玻璃微珠的平均粒径小于PA12粉末粒径，起到铺粉过程中可以对PA12大颗粒之间形成的空隙进行填充，从而提高符合尼龙粉的铺粉性能和最终成型件的密度。
2、利用空心玻璃微珠与PA12共混后的烧结特性，在EOS P395粉末烧结成型设备上进行打印，工艺参数为：预热温度及时间180℃/1.5h，激光功率15W，扫描速度4000mm/S，烧结间距0.08mm，烧结层厚度0.12mm。
3、烧结成品达到了稳定成型、精度高、表面良好的特性，满足对成型件强度性能指标不作严格要求，如影视、手摸、cosplay、展览等创意类以及工程实物样品等领域的需求，从而可以降低成本，实现材料成本降低50％以上，完全替代了EOS昂贵的PA2200粉末，是一种适用于SLS的高性能、低成本新型尼龙复合粉末末。
附图说明
图1为正八边形平面的四个方向的平面示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种低成本选择性激光烧结用改性尼龙复合粉末，所述改性尼龙粉末由以下质量百分比的原料组成，空心玻璃微珠15％-20％，余量为尼龙粉PA12。
需要说明的是，尼龙粉PA12目数为250～400目，对应粒径为38～58μm。空心玻璃微珠粒径不大于50μm(280目)，集中分布在20μm到50μm之间，平均粒径35μm，壁厚1～2μm，结合尼龙粉PA12 的力度分布，空心玻璃微珠的平均粒径小于PA12，起到铺粉过程中可以对尼龙粉PA12大颗粒之间形成的空隙进行填充，从而提高符合尼龙粉PA12的铺粉性能和最终成型件的密度。
一种低成本选择性激光烧结用改性尼龙复合粉末的使用方法，包括以下步骤：
S1、分别将空心玻璃微珠与尼龙粉PA12在震动筛中筛分，得到目数为250～400目的尼龙粉PA12，以及目数为280～625目的空心玻璃微珠(要求壁厚为1～2μm)；
S2、通过高速搅拌器，将预处理后的空心玻璃微珠、尼龙粉PA12按照质量百分比混合均匀，得到尼龙复合粉末；
S3、将上述尼龙复合粉末在EOS P395打印机上经180℃/1.5h预热后烧结成型，制备工艺参数为：激光功率15W，扫描速度4000mm/S，烧结间距0.08mm，烧结层厚度0.12mm。
在S3中，混合粉体在EOS P395打印机上实现稳定打印，检测成品的尺寸精度以及表面光洁度。
下面结合实施例对本发明作进一步说明如下。
实施例1
对普通工业用大于250目尼龙粉PA12以及大于280目空心玻璃微珠预处理，获得300目的PA12粉，300目的空心玻璃微珠，按照质量百分比尼龙粉PA12：空心玻璃微珠＝83.8：16.2比例混合均匀，在EOS P395粉末烧结成型设备上进行打印，工艺参数为：预热温度及时间180℃/1.5h，激光功率15W，扫描速度4000mm/S，烧结间距0.08mm，烧结层厚度0.12mm。打印标准拉伸试样、弯曲试样和如图所示的正八边形精度测试试样(图1)，拉伸试样尺寸符合GB/T1040，检测成品的尺寸精度以及拉伸、弯曲强度(测试结果见表1、2中1#试验数据)，同时打印具体的实物样件，目测表面光洁度等实际效果。
实施例2
对普通工业用大于250目尼龙粉PA12以及大于280目空心玻璃微珠预处理，获得300目的PA12粉，350目的空心玻璃微珠，按照质量百分比尼龙粉PA12：空心玻璃微珠＝82.7：17.3比例混合均匀，在EOS P395粉末烧结成型设备上进行打印，工艺参数为：预热温度及时间180℃/1.5h，激光功率15W，扫描速度4000mm/S，烧结间距0.08mm，烧结层厚度0.12mm。打印标准拉伸试样、弯曲试样和如图所示的正八边形精度测试试样(图1)，拉伸试样尺寸符合GB/T1040，检测成品的尺寸精度以及拉伸、弯曲强度(测试结果见表1、2中2#试验数据)，同时打印具体的实物样件，目测表面光洁度等实际效果。
实施例3
对普通工业用大于250目尼龙粉PA12以及大于280目空心玻璃微珠预处理，获得320目的PA12粉，340目的空心玻璃微珠，按照质量百分比尼龙粉PA12：空心玻璃微珠＝80.8：19.2比例混合均匀，在EOS P395粉末烧结成型设备上进行打印，工艺参数为：预热温度及时间180℃/1.5h，激光功率15W，扫描速度4000mm/S，烧结间距0.08mm，烧结层厚度0.12mm。打印标准拉伸试样、弯曲试样和如图所示的正八边形精度测试试样(图1)，拉伸试样尺寸符合GB/T1040，检测成品的尺寸精度以及拉伸、弯曲强度(测试结果见表1、2中3#试验数据)，同时打印具体的实物样件，目测表面光洁度等实际效果。
实施例4
对普通工业用大于250目尼龙粉PA12以及大于280目空心玻璃微珠预处理，获得340目的PA12粉，500目的空心玻璃微珠，按照质量百分比尼龙粉PA12：空心玻璃微珠＝79.3：20.7比例混合均匀，在EOS P395粉末烧结成型设备上进行打印，工艺参数为：预热温度及时间180℃/1.5h，激光功率15W，扫描速度4000mm/S，烧结间距0.08mm，烧结层厚度0.12mm。打印标准拉伸试样、弯曲试样和如图所示的正八边形精度测试试样(图1)，拉伸试样尺寸符合GB/T1040，检测成品的尺寸精度以及拉伸、弯曲强度(测试结果见表1、2中4#试验数据)，同时打印具体的实物样件，目测表面光洁度等实际效果。
表1正八边形打印件尺寸精度
表2尼龙复合粉末末性能测试结果
本发明采用尼龙粉PA12加空心玻璃微珠，经EOS P395选择性激光烧结成型后，满足对成型件强度性能指标不作严格要求，如影视、手摸、cosplay、展览等创意类以及工程实物样品等领域的需求，从而可以降低成本。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明的实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等同变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (4)

1.低成本选择性激光烧结用改性尼龙复合粉末，其特征在于，所述改型复合尼龙粉末由以下质量百分比组成为，空心玻璃微珠15％～20％，余量为尼龙粉PA12。
2.根据权利要求1所述的低成本选择性激光烧结用改性尼龙复合粉末，其特征在于，所述尼龙粉PA12目数为250～400目，其粒径为38～58μm。
3.根据权利要求2所述的低成本选择性激光烧结用改性尼龙复合粉末，其特征在于，所述空心玻璃微珠粒目数为280～625目，粒径为20～50μm，且其空心玻璃微珠粒平均粒径为35μm，壁厚为1～2μm。
4.低成本选择性激光烧结用改性尼龙复合粉末末的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、分别将空心玻璃微珠与尼龙粉PA12在震动筛中筛分，得到目数为250～400目的尼龙粉PA12，以及目数为280～625目的空心玻璃微珠；
S2、通过高速搅拌器，将预处理后的空心玻璃微珠、尼龙粉PA12按照质量百分比混合均匀，得到尼龙复合粉末体；
S3、将上述尼龙复合粉末体在EOS P395打印机上经180℃/1.5h预热后烧结成型，制备工艺参数为：激光功率15W，扫描速度4000mm/S，烧结间距0.08mm，烧结层厚度0.12mm。
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