CN109354859A - 选择性激光烧结用玻璃纤维/tpu复合粉末 - Google Patents

选择性激光烧结用玻璃纤维/tpu复合粉末 Download PDF

Info

Publication number
CN109354859A
CN109354859A CN201811201408.XA CN201811201408A CN109354859A CN 109354859 A CN109354859 A CN 109354859A CN 201811201408 A CN201811201408 A CN 201811201408A CN 109354859 A CN109354859 A CN 109354859A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
glass fibre
tpu
composite powder
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811201408.XA
Other languages
English (en)
Inventor
刘晨
孟德宇
郭帅
董泽天
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hebei English Man Card Technology Co Ltd
Original Assignee
Hebei English Man Card Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hebei English Man Card Technology Co Ltd filed Critical Hebei English Man Card Technology Co Ltd
Priority to CN201811201408.XA priority Critical patent/CN109354859A/zh
Publication of CN109354859A publication Critical patent/CN109354859A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/14—Glass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
    • C08K9/06—Ingredients treated with organic substances with silicon-containing compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于选择性激光烧结技术的复合粉末及其制备和使用方法。本发明解决现有激光烧结材料种类及应用范围少，提高TPU柔性3D打印材料的拉伸强度及耐磨性。本发明的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末中，玻璃纤维的添加量为所述复合材料总量的5.0wt.％，与未添加玻璃纤维的TPU材料的力学性能相比有所提高。制备方法：将TPU粉末与玻璃纤维粉末加入到高速混合机中进行混粉，得到玻璃纤维/TPU复合粉末。激光烧结加工过程中，激光功率为20～40W。本发明的玻璃纤维/TPU复合粉末用于选择性激光烧结3D打印领域。

Description

选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末
技术领域
本发明涉及一种用于选择性激光烧结技术的玻璃纤维/TPU复合粉末及其制备方法。
背景技术
选择性激光烧结技术是快速成型技术的一种，它是一种以激光作为能量源，通过激光束照射使金属、高分子材料、陶瓷或其复合物的粉末瞬间熔化后冷却凝固逐层烧结成三维模型实体，而未被激光束照射的区域仍保持松散粉末状，与其它快速成型技术相比，具有无需添加支撑的优点。增材制造技术区别于传统的铣削磨等减材制造方式，可直接通过计算机模型数据，通过逐层叠加的方式制作出所需要的实体件，能够有效地简化产品的制造程序，缩短产品研发周期，提高效率并降低成本。目前快速成型技术已广泛应用于航空航天、汽车工业、生物医疗、建筑艺术等领域。
发明内容
本发明是要解决现有选择性激光烧结用TPU粉末材料的烧结制件易磨损、价格昂贵等技术问题，而提供选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU 复合粉末及其制备和激光烧结方法。
本发明的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末由玻璃纤维粉末和TPU粉末组成；其中玻璃纤维粉末质量分数占复合粉末总量的5％。
上述的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末的制备方法，按以下步骤进行：
一、将适量的硅烷偶联剂按1：100的比例溶于无水乙醇溶液中，用玻璃棒均匀搅拌约2分钟后，加入一定量的玻璃纤维粉末，均匀混合后，将其置于120℃的烘干箱内进行干燥；
二、烘干后的块状玻璃纤维放入球磨机中，以400r/min的转速球磨20分钟，然后用振筛机筛分，获得颗粒均匀、表面处理后的玻璃纤维粉末；
三、按玻璃纤维粉末与TPU粉末的质量比为5：95称取TPU粉末和步骤一、二得到的玻璃纤维粉末，放入高速混合机中，在转速为 1000～1200r/min的条件下混合8～10小时，得到选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末。
利用上述的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末进行激光烧结的方法，包括：将选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末放入激光快速成型机的供料缸中，通过铺粉辊将复合粉末均匀地铺在工作台上并加热至加工温度，CO2激光器由计算机控制发出激光束并根据二维切片扫描照射在复合粉末表面，激光束扫描后，工作台下降一个层厚，供粉缸上升一个层厚，由铺粉辊铺粉后激光束扫描，如此反复，最终得到激光烧结件；其特征在于，激光束在加工平面上的扫描方式为分区域扫描，激光功率为20～40W，扫描速度为4000mm/s，扫描间距为0.15～0.20mm，分层厚度为0.10～0.20mm，加工温度为90～100℃。
本发明的激光烧结方法中，在激光的作用下，TPU和玻璃纤维能吸收激光的高能量，TPU吸收能量熔化，将纤维状的玻璃纤维颗粒包裹住，凝固后，玻璃纤维已经被包裹在TPU中，作为“骨架”，大大地提高了激光烧结件的拉伸强度和耐磨损能力。本发明的激光烧结件的平均拉伸强度为8.746MPa，是纯TPU粉末激光烧结件的3倍。本发明的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末中，玻璃纤维粉末是一种性能优越的增强材料，具有增加强度、提高尺寸稳定性、降低收缩率、减少翘曲变形等作用，并且价格低廉、材料密度较大，不仅能够使烧结件精度得到提高，还能使烧结件致密度提高，并能有效降低成本。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU 复合粉末由TPU粉末和玻璃纤维粉末组成；其中玻璃纤维粉末质量分数占复合粉末总量的5％。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的玻璃纤维粉末的粒径为≤25μm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是所述的TPU粉末的粒径为≤60μm。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：具体实施方式一所述的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末的制备方法，按以下步骤进行：
一、将适量的硅烷偶联剂按1：100的比例溶于无水乙醇溶液中，用玻璃棒均匀搅拌约2分钟后，加入一定量的玻璃纤维粉末，均匀混合后，将其置于120℃的烘干箱内进行干燥；
二、烘干后的块状玻璃纤维放入球磨机中，以400r/min的转速球磨 20分钟，然后用振筛机筛分，获得颗粒均匀、表面处理后的玻璃纤维粉末；
三、玻璃纤维粉末与TPU粉末的质量比为5：95称取TPU粉末和步骤一、二得到的玻璃纤维粉末，放入高速混合机中，在转速为 1000～1200r/min的条件下混合8～10小时，得到选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤二中颗粒均匀的玻璃纤维粉末的粒径为≤25μm。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤二中颗粒均匀的玻璃纤维粉末的粒径为25μm。其它与具体实施方式无相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是步骤三中所述的TPU粉末的粒径为50μm。其它与具体实施方式四至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是步骤三中高速混合机的转速为1200r/min，混合时间为10小时。其它与具体实施方式四至七之一相同。
混粉过程中，高速混合机的混合速度及时间使得玻璃纤维粉末和 TPU粉末分布均匀，避免同种粉末聚集现象，从而再激光烧结的过程中，玻璃纤维粉末可以均匀分布于TPU基体中，从而更好地保证烧结件的机械性能。
具体实施方式九：利用具体实施方式一所述的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末进行激光烧结的方法，包括：将选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末放入激光快速成型机的供料缸中，通过铺粉辊将复合粉末均匀地铺在工作台上并加热至加工温度，CO2激光器由计算机控制发出激光束并根据二维切片扫描照射在复合粉末表面，激光束扫描后，工作台下降一个层厚，供粉缸上升一个层厚，由铺粉辊铺粉后激光束扫描，如此反复，最终得到激光烧结件；其特征在于，激光束在加工平面上的扫描方式为分区域扫描，激光功率为20～40W，扫描速度为4000mm/s，扫描间距为0.15～0.20mm，分层厚度为0.10～0.20mm，加工温度为90～100℃。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是：加工温度为95℃。其它与具体实施方式九相同。
用以下试验验证本发明的有益效果：
试验1：本试验的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末由 TPU粉末和玻璃纤维粉末组成；其中玻璃纤维粉末质量分数占复合粉末总量的5％。
上述的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末的制备方法，按一下步骤进行：
一、将硅烷偶联剂按1：100的比例溶于无水乙醇溶液中，用玻璃棒均匀搅拌约2分钟后，加入一定量的玻璃纤维粉末，均匀混合后，将其置于120℃的烘干箱内干燥12小时；
二、将步骤一得到的烘干后的块状玻璃纤维放入球磨机中，以 400r/min的转速球磨20分钟，然后用振筛机筛分，获得颗粒大小为 25μm、表面处理后的玻璃纤维粉末；
三、按玻璃纤维粉末与TPU粉末的质量比为5：95称取TPU粉末和步骤一、二得到的玻璃纤维粉末，放入高速混合机中，在转速为 1200r/min的条件下混合10小时，得到选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU 复合粉末。
本试验得到的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末是颜色均一、粒径最大化分散的均质粉末。
利用上述的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末进行激光烧结的方法，具体如下：将选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末放入激光快速成型机的供料缸中，通过铺粉辊将复合粉末均匀地铺在工作台上并加热至加工温度，CO2激光器由计算机控制发出激光束并根据二维切片扫描照射在复合粉末表面，激光束扫描后，工作台下降一个层厚，供粉缸上升一个层厚，由铺粉辊铺粉后激光束扫描，如此反复，最终得到激光烧结件；其中激光束在加工平面上的扫描方式为分区域扫描，激光功率为35W，扫描速度为4000mm/s，扫描间距为0.20mm，分层厚度为0.20mm。
试验1得到的激光烧结件通过拉伸试验测得其平均拉伸强度为 8.746MPa。
本试验采用玻璃纤维/TPU复合粉末进行激光烧结，得到激光烧结件，由于玻璃纤维/TPU复合粉末中玻璃纤维具有增强效果，并且能提高尺寸稳定性、降低收缩率，从而提高的烧结件的尺寸精度。
同时做以下的对比试验：
试验2：本试验是采用TPU粉末进行激光烧结。激光烧结具体如下：将选择性激光烧结用TPU粉末放入激光快速成型机的供料缸中，通过铺粉辊将复合粉末均匀地铺在工作台上并加热至加工温度，CO2激光器由计算机控制发出激光束并根据二维切片扫描照射在粉末表面，激光束扫描后，工作台下降一个层厚，供粉缸上升一个层厚，由铺粉辊铺粉后激光束扫描，如此反复，最终得到激光烧结件；其中激光束在加工平面上的扫描方式为分区域扫描，激光功率为35W，扫描速度为4000mm/s，扫描间距为0.20mm，分层厚度为0.20mm。
试验2得到的激光烧结件通过拉伸试验测得其平均拉伸强度为 2.829MPa。
通过试验1和2的对比可知，试验1得到的激光烧结件比试验2 的激光烧结件的拉伸强度提高了3倍，尺寸精度提高了70％。

Claims (9)

1.选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末，其特征在于该复合粉末由玻璃纤维粉末和TPU粉末组成；其中玻璃纤维粉末与TPU粉末的质量比为5：95。
2.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末，其特征在于所述的玻璃纤维粉末为短纤，粒径为≤25μm。
3.根据权利要求1或2所述的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末，其特征在于所述的TPU粉末的粒径为≤60μm。
4.制备权利要求1所述的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、将适量的硅烷偶联剂按1：100的比例溶于无水乙醇溶液中，用玻璃棒均匀搅拌约2分钟后，加入一定量的玻璃纤维粉末，均匀混合后，将其置于120℃的烘干箱内进行干燥；
二、将烘干后的块状玻璃纤维放入球磨机中，以400r/min的转速球磨20分钟，然后用振筛机筛分，获得颗粒均匀、表面处理后的玻璃纤维粉末；
三、按玻璃纤维粉末与TPU粉末的质量比为5：95称取TPU粉末和步骤一、二得到的玻璃纤维粉末，放入高速混合机中，在转速为1000～1200r/min的条件下混合8～10小时，得到选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末。
5.根据权利要求4所述的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末的制备方法，其特征在于步骤三中告诉混合机的转速为1200r/min，混合时间为10小时。
6.利用权利要求1所述的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末进行激光烧结的方法包括：将选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末放入激光快速成型机的供料缸中，通过铺粉辊将复合粉末均匀地铺在工作台上并加热至加工温度，CO2激光器由计算机控制发出激光束并根据二维切片扫描照射在复合粉末表面，激光束扫描后，工作台下降一个层厚，供粉缸上升一个层厚，由铺粉辊铺粉后激光束扫描，如此反复，最终得到激光烧结件；其特征在于，激光束在加工平面上的扫描方式为分区域扫描，激光功率为20～40W，扫描速度为4000mm/s，扫描间距为0.15～0.20mm，分层厚度为0.10～0.20mm，加工温度为90～100℃。
7.根据权利要求6所述的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末进行激光烧结的方法，其特征在于激光功率为35W。
8.根据权利要求6所述的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末进行激光烧结的方法，其特征在于扫描间距为0.15mm。
9.根据权利要求6所述的选择性激光烧结用玻璃纤维/TPU复合粉末进行激光烧结的方法，其特征在于加工温度为95℃。
CN201811201408.XA 2018-10-17 2018-10-17 选择性激光烧结用玻璃纤维/tpu复合粉末 Pending CN109354859A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811201408.XA CN109354859A (zh) 2018-10-17 2018-10-17 选择性激光烧结用玻璃纤维/tpu复合粉末

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811201408.XA CN109354859A (zh) 2018-10-17 2018-10-17 选择性激光烧结用玻璃纤维/tpu复合粉末

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109354859A true CN109354859A (zh) 2019-02-19

Family

ID=65349168

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811201408.XA Pending CN109354859A (zh) 2018-10-17 2018-10-17 选择性激光烧结用玻璃纤维/tpu复合粉末

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109354859A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115284187A (zh) * 2022-07-21 2022-11-04 湖南科技大学 一种结构化成形砂轮快速制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103881371A (zh) * 2014-04-11 2014-06-25 东北林业大学 激光烧结3d制造技术用石塑复合粉末及其制备方法
CN106103055A (zh) * 2014-01-17 2016-11-09 路博润先进材料公司 在熔融沉积模塑中使用热塑性聚氨酯的方法及其系统和制品
CN106220897A (zh) * 2016-07-29 2016-12-14 苏州秉创科技有限公司 一种纤维复合基3d打印材料
CN106589941A (zh) * 2016-03-16 2017-04-26 东北林业大学 激光烧结3d打印技术用玻纤增强核桃壳复合粉末材料
CN107825621A (zh) * 2017-09-26 2018-03-23 四川大学 聚合物基微/纳米功能复合球形粉体及其制备方法
CN108102120A (zh) * 2017-12-11 2018-06-01 浙江工业大学 一种用于fdm 3d打印的连续碳纤维增强热塑性塑料细丝的制备方法
CN108164983A (zh) * 2017-12-27 2018-06-15 湖南华曙高科技有限责任公司 选择性激光烧结用聚氨酯材料及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106103055A (zh) * 2014-01-17 2016-11-09 路博润先进材料公司 在熔融沉积模塑中使用热塑性聚氨酯的方法及其系统和制品
CN103881371A (zh) * 2014-04-11 2014-06-25 东北林业大学 激光烧结3d制造技术用石塑复合粉末及其制备方法
CN106589941A (zh) * 2016-03-16 2017-04-26 东北林业大学 激光烧结3d打印技术用玻纤增强核桃壳复合粉末材料
CN106220897A (zh) * 2016-07-29 2016-12-14 苏州秉创科技有限公司 一种纤维复合基3d打印材料
CN107825621A (zh) * 2017-09-26 2018-03-23 四川大学 聚合物基微/纳米功能复合球形粉体及其制备方法
CN108102120A (zh) * 2017-12-11 2018-06-01 浙江工业大学 一种用于fdm 3d打印的连续碳纤维增强热塑性塑料细丝的制备方法
CN108164983A (zh) * 2017-12-27 2018-06-15 湖南华曙高科技有限责任公司 选择性激光烧结用聚氨酯材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李博等: "《3D打印技术》", 31 August 2017, 中国轻工业出版社 *
汪艳: "选择性激光烧结高分子材料及其制件性能研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士)工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115284187A (zh) * 2022-07-21 2022-11-04 湖南科技大学 一种结构化成形砂轮快速制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sivarupan et al. Effect of process parameters on flexure strength and gas permeability of 3D printed sand molds
Uitz et al. Fast, low-energy additive manufacturing of isotropic parts via reactive extrusion
CN103951971A (zh) 一种用于选择性激光烧结的碳纤维增强树脂粉末材料
CN104910614A (zh) 一种3d打印用低翘曲尼龙粉末复合材料及其制备方法
CN108273999A (zh) 一种基于3d打印技术的金属材料高通量制备方法
CN102436145B (zh) 一种立体光刻快速成型光敏树脂及制备方法
CN108570212B (zh) 一种碳纤维团状模压材料的制造方法
Ye et al. Study on 3D-Direct Ink Writing based on adding silica submicron-particles to improve the rheological properties of alumina ceramic ink
CN110194660A (zh) 一种光固化用高固相氧化铝陶瓷浆料及其制备方法
CN104231626B (zh) 一种选择性激光烧结用聚苯硫醚粉末材料及其制备方法
CN108299798A (zh) 一种3d常温打印糊状材料及其制备方法
CN106633582B (zh) 一种用于3d打印的聚丙烯组合物及其制备方法
CN110117409A (zh) 一种采用多壁碳纳米管增韧复合材料层间的方法
CN106220197A (zh) 一种耐火型3d打印材料
CN109354859A (zh) 选择性激光烧结用玻璃纤维/tpu复合粉末
CN106046755A (zh) 一种3d打印用的聚氨酯复合材料
CN108296476A (zh) 一种3d打印制芯覆膜砂
CN105215281A (zh) 一种用于3d打印石英覆膜砂的制备方法
CN105693945B (zh) 一种光固化材料及其制备方法和应用
CN105860514A (zh) 一种用于sls的增韧材料及其制备方法
CN112743658B (zh) 一种陶瓷3d打印方法
CN106349630A (zh) Dlp型3d打印用三重固化材料及其制备方法和应用
CN105195679A (zh) 一种用于3d打印快速成型环氧树脂覆膜砂制备方法
CN105001652A (zh) 一种基于明胶的3dp打印方法
CN107090189A (zh) 一种选择性激光烧结用碳纳米管/木塑复合粉及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190219

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication