CN107841128A - 一种sls 3d打印pa‑12/gb复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于选择性激光烧结3D打印技术领域，尤其是涉及一种选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料粉末及其制备方法；所述的选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料粉末，由下述重量份的原料制得：玻璃微珠100~300份，PA12原料700~900份，光吸收剂0~15份，流动助剂0~10份，抗氧剂5~10份，偶联剂0~20份；本发明通过对PA12原材料与玻璃微珠进行物理共混、挤出改性、深冷粉碎制得选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料粉末，通过添加辅料改性可以有效降低材料的成本，同时又可以有效的提高材料的力学性能，改善增加打印制品的抗拉伸强度和抗弯曲强度，减小打印时产生的翘曲，使材料特别适用于选择性激光烧结3D打印领域。

Description

一种SLS 3D打印PA-12/GB复合材料
技术领域
本发明属于SLS 3D打印技术领域，尤其是涉及一种选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料粉末及其制备方法。
背景技术
选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)快速成型技术是利用粉末材料在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成型。利用该技术几乎可以成型任意几何形状的制件，包括工业生产中所需要的各种复杂形状的模具等 ；该技术可应用的材料范围非常宽，包括高分子、陶瓷、金属及各种复合材料等。3D打印机可以制造的物品很多，如飞机、手枪，再如食物、人体器官、儿童玩具等。3D打印技术是最近20年来世界制造技术领域的一次重大突破，是机械工程、计算机技术、数控技术、材料科学等多学科技术的集成。其中，3D打印技术中最难最核心的技术是打印材料的开发，因此开发更为多样多功能的3D打印材料成为未来研究与应用的热点与关键。
在尼龙材料中，由于PA12具有较低的收缩率、优良的机械强度、耐磨、减摩及良好的耐腐性能及加工性等，在3D打印新产品的研制开发、模具制造、小批量产品的生产等方面具有广阔前景。现有的关于PA12材料的3D打印技术主要是基于选择性激光烧结方面，选择性激光烧结技术(SLS)是采用红外激光烧结粉末材料成型的一种快速成型技术。该技术可将固体粉末材料直接成型为三维实体零件，不受成型零件形状复杂程度的限制，不需任何工装模具。在新产品的研制开发、模具制造、小批量产品的生产等方面均有广阔前景，国外已有大量的应用实例。
然而，由于PA12的拉伸强度、弯曲强度等性能较差，对于性能要求高的功能件，PA12在强度、模量、热变形温度等方面还有待于进一步提高。因此，有必要提供对现有的PA12复合材料进行进一步的改进，以解决上述问题。
发明内容
针对以上技术问题，本发明设计开发了一种选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料粉末及其制备方法，通过对PA12的改进，使得打印出来的物品具有成本低于纯原料耗材的优势，同时，有效的提高了材料的力学性能，降低了材料的收缩率，减小打印时产生的翘曲。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料粉末，由下述重量份的原料制得：玻璃微珠100~300份，PA12原料700~900份，光吸收剂0~15份，流动助剂0~10份，抗氧剂5~10份，偶联剂0~20份。
作为优选，所述3D打印PA12/玻璃微珠复合材料粉末的最佳组成为：玻璃微珠200份，PA12原料800份，流动助剂5份，抗氧剂8份，偶联剂5份。
上述3D打印PA12/玻璃微珠复合材料粉末的制备方法，包括以下具体步骤：
步骤1：准备玻璃微珠、PA12原料、光吸收剂、流动助剂和抗氧剂，将各原料烘干备用，使各原料含水率小于0.05%；
步骤2：按照重量份称量玻璃微珠100~300份， PA12原料700~900份，光吸收剂0~15份，流动助剂0~10份，抗氧剂5~10份，偶联剂0~20份；
步骤3：将步骤2称量的玻璃微珠加入高混机，之后加入步骤2称量的PA12原料、抗氧剂、偶联剂继续混合3分钟；
步骤4：将步骤3中得到的混合料用双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机螺杆直径为75mm，长径比45：1，挤出机温度依次设定为：一区165~175 ℃，二区175~185 ℃，三区185~195 ℃，四区195~205℃，五区205~215℃，六区215~225 ℃，七区225~235℃，八区235~245℃，九区245 ~255℃，机头温度245~255℃；
步骤5：用深冷粉碎的方法得到PA12/玻璃微珠复合材料粉末：首先将即粒料在液氮中低温冷冻至-120℃以下，使之实现脆化易粉碎状态，再将冷冻好的PA12/玻璃微珠复合材料投入低温粉碎机腔体内，通过叶轮高速旋转进行粉碎加工；
步骤6：将步骤5得到的PA12/玻璃微珠复合材料粉末由气流筛分机进行分级并收集，选择粒度在120~400目范围内的PA12粉末，将没有达到细度要求的粗大物料返回料仓继续粉碎；
步骤7：将步骤6得到的PA12/玻璃微珠复合材料粉末、流动助剂投料入高混机中高速混合，即可到可用于选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料。
本发明的有益效果为：
1、本发明的选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料，通过在PA12中加入玻璃微珠，并加入流动助剂、抗氧剂、偶联剂进行合理配比，使3D打印出来的制品具有低成本的优点，同时有效的提高了材料的力学强度，进一步降低了材料的收缩率，减小打印时产生的翘曲。
2、本发明的复合材料在制备时，各步骤是针对选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料进行优化的。所制作的复合材料是采用玻璃微珠与PA12原料进行合理配比后共混改性，针对选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料加工中的温度、材料粒径、各材料添加次序以及双螺杆挤出机的剪切作用对复合材料的进一步混合作用等工艺参数的整体配合进行改进。得到的具有高性能、低收缩率和高强度的选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料，由下述重量份的原料制得：玻璃微珠100份，PA12原料900份，流动助剂5份，抗氧剂8份，偶联剂5份；其具体的制备方法步骤为：
步骤1：准备玻璃微珠、PA12原料、流动助剂、抗氧剂、偶联剂，将各原料烘干备用，使各原料含水率小于0.05%；
步骤2：按照重量份称量玻璃微珠100份，PA12原料900份，流动助剂5份，抗氧剂8份，偶联剂5份；
步骤3：将步骤2称量的玻璃微珠加入高混机，之后加入步骤2称量的PA12、抗氧剂、偶联剂继续混合3分钟；
步骤4：将步骤3中得到的混合料用双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机螺杆直径为75mm，长径比45：1，挤出机温度依次设定为：一区170 ℃，二区180 ℃，三区190 ℃，四区205℃，五区215℃，六区225 ℃，七区235℃，八区240℃，九区245 ℃，机头温度240 ℃；
步骤5：用深冷粉碎的方法得到PA12/玻璃微珠复合材料粉末：首先将即粒料在液氮中低温冷冻至-120℃以下，使之实现脆化易粉碎状态，再将冷冻好的PA12材料投入低温粉碎机腔体内，通过叶轮高速旋转进行粉碎加工；
步骤6：将步骤5得到的PA12/玻璃微珠复合材料粉末由气流筛分机进行分级并收集，选择粒度在120~400目范围内的PA12/玻璃微珠粉末，将没有达到细度要求的粗大物料返回料仓继续粉碎；
步骤7：将步骤6得到的PA12/玻璃微珠复合材料粉末、流动助剂投料入高混机中高速混合，即可到可用于选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料。
实施例2
一种选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料，由下述重量份的原料制得：玻璃微珠200份，PA12原料800份，流动助剂5份，抗氧剂8份，偶联剂8份；其具体的制备方法步骤为：
步骤1：准备玻璃微珠、PA12原料、流动助剂、抗氧剂、偶联剂，将各原料烘干备用，使各原料含水率小于0.05%；
步骤2：按照重量份称量玻璃微珠200份，PA12原料800份，流动助剂5份，抗氧剂8份，偶联剂8份；
步骤3：将步骤2称量的玻璃微珠加入高混机，之后加入步骤2称量的PA12、抗氧剂、偶联剂混合3分钟；
步骤4：将步骤3中得到的混合料用双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机螺杆直径为75mm，长径比45：1，挤出机温度依次设定为：一区170 ℃，二区180 ℃，三区190 ℃，四区205℃，五区215℃，六区225 ℃，七区235℃，八区240℃，九区245 ℃，机头温度240 ℃；
步骤5：用深冷粉碎的方法得到PA12/玻璃微珠复合材料粉末：首先将即粒料在液氮中低温冷冻至-120℃以下，使之实现脆化易粉碎状态，再将冷冻好的PA12材料投入低温粉碎机腔体内，通过叶轮高速旋转进行粉碎加工；
步骤6：将步骤5得到的PA12/玻璃微珠复合材料粉末由气流筛分机进行分级并收集，选择粒度在120~400目范围内的PA12粉末，将没有达到细度要求的粗大物料返回料仓继续粉碎；
步骤7：将步骤6得到的PA12/玻璃微珠复合材料粉末、流动助剂投料入高混机中高速混合，即可到可用于选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料。
本发明的选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料，通过在PA12原料中加入玻璃微珠，并加入流动助剂、抗氧剂、光吸收剂进行合理配比，使3D打印出来的物品具有低成本的特点，并有效的提高了材料的力学性能，降低了材料的收缩率，减小打印时产生的翘曲。
最终，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料粉末，其特征在于，由下述重量份的原料制得：玻璃微珠100~300份，PA12原料700~900份，光吸收剂0~15份，流动助剂0~10份，抗氧剂5~10份，偶联剂0~20份。
2.一种选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料粉末及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：准备玻璃微珠、PA12原料、光吸收剂、流动助剂和抗氧剂，偶联剂，将PA12原料烘干备用，使各原料含水率小于0.05%；
步骤2：按照重量份称量玻璃微珠100~300份，PA12原料700~900份，光吸收剂0~15份，流动助剂0~10份，抗氧剂5~10份，偶联剂0~20份；
步骤3：将步骤2称量的玻璃微珠加入高混机，之后加入步骤2称重的抗氧剂、偶联剂继续混合3分钟，最后加入步骤2称量的PA12原料继续混合3分钟；
步骤4：将步骤3中得到的混合料用双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机螺杆直径为75mm，长径比45：1，挤出机温度依次设定为：一区165~175 ℃，二区175~185 ℃，三区185~195 ℃，四区195~205℃，五区205~215℃，六区215~225 ℃，七区225~235℃，八区235~245℃，九区245 ~255℃，机头温度245~255℃；
步骤5：用深冷粉碎的方法得到PA12/玻璃微珠复合材料粉末：首先将即粒料在液氮中低温冷冻至-120℃以下，使之实现脆化易粉碎状态，再将冷冻好的PA12/玻璃微珠复合材料投入低温粉碎机腔体内，通过叶轮高速旋转进行粉碎加工；
步骤6：将步骤5得到的PA12/玻璃微珠复合粉末由气流筛分机进行分级并收集，选择粒度在120~400目范围内的PA12/玻璃微珠复合材料粉末，将没有达到细度要求的粗大物料返回料仓继续粉碎；
步骤7：将步骤6得到的PA12/玻璃微珠复合材料粉末、流动助剂投料入高混机中高速混合，即可到可用于选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料粉末，其特征在于：玻璃微珠的选择为目数在400~500目左右。
4.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料粉末，其特征在于：抗氧剂选自四［β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸］季戊四醇酯，β—（3.5—二叔丁基—4—羟基苯基）丙酸十八碳醇脂，N， N’—双—［3—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酰基］己二胺或三（2，4—二叔丁基苯基）亚磷酸酯中的一种或一种以上。
5.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料粉末，其特征在于：光吸收剂为苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、受阻胺类光吸收剂中的一种或一种以上。
6.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料粉末，其特征在于：流动助剂为纳米氧化铝、纳米氧化钙、纳米碳化硅，纳米二氧化硅中的一种或一种以上。
7.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结3D打印用PA12/玻璃微珠复合材料粉末，其特征在于：偶联剂选自γ—氨丙基三乙氧基硅烷、γ—缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ—氨丙基三甲氧基硅烷、γ—(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、正钛酸四异丙酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯或双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯中的一种或一种以上。
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