CN110734564A - 一种选择性激光烧结制件后处理方法 - Google Patents

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罗秋帆
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Abstract

本发明提供一种选择性激光烧结制件后处理方法，包括如下步骤：将制件浸没在后处理溶液中，浸没时间不低于10s；将表面覆有后处理溶液的制件取出，在设定温度下加热，进行干燥处理，所述设定温度高于制件原料在溶液中开始溶解温度，干燥处理时间不低于5min；其中，所述后处理溶液包括一种或多种溶剂。本发明工艺简单，可操作性强，处理后的制件表面光洁度显著提高，适用材料范围广。

Description

一种选择性激光烧结制件后处理方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种选择性激光烧结制件后处理方法。
背景技术
选择性激光烧结是通过选择性地熔合多个粉末层来制造三维物体的一种方法，该方法允许不使用工具加工而只需根据待生产物体的三维图像通过激光烧结粉末的多个重叠层，来获得三维实体。
在高分子材料的选择性激光烧结成型工艺中，往往是通过将材料熔融，在一定区域层层堆积熔融的材料，最终获得打印后的成品制件。在制件成型的过程中，激光选择性地烧结材料，烧结区域的材料吸收激光能量后熔融，材料熔融区域温度高于未熔融区域而产生温度差，热量将传到熔融区域边缘而引起制件熔融区域周边粉末材料熔融而最终粘接在烧结制件表面造成制件表面粗糙；由于粉末颗粒具有一定的体积，单颗粉末有可能只有部分处于烧结区域，从而导致粉末只有部分被熔融，未熔融的粉末残留在制件表面造成制件表面粗糙；同时在烧结制件逐层叠加的过程中也会产生层纹，造成制件表面粗糙。为了解决烧结制件表面粗糙的问题，本领域人员采取降低粉末颗粒大小、提高材料熔体流动指数、优化烧结工艺等方法，烧结制件表面效果改善程度有限，还有很大的提升空间。
发明内容
针对目前选择性激光烧结制件表面粗糙的问题，本发明提供了一种选择性激光烧结制件后处理方法，通过将制件浸没在含有一种或多种溶剂的后处理溶剂中一定时间，然后在设定温度和时间下烘干，使得溶液溶解制件表面粗糙区域，达到降低制件表面粗糙度的目的。
本发明提供了一种选择性激光烧结制件后处理方法，包括如下步骤：
步骤一、将制件浸没在后处理溶液中，浸没时间不低于10s；
步骤二、将表面覆有后处理溶液的制件取出，在设定温度下加热，进行干燥处理，所述设定温度高于制件原料在溶液中开始溶解温度，干燥处理时间不低于5min；
其中，所述后处理溶液包括一种或多种溶剂。
进一步优选地，所述设定温度比制件原料在溶液中开始溶解温度高20-60℃。
进一步优选地，所述干燥处理时间为30-240min。
进一步优选地，所述干燥处理具体为烘箱烘干或热风吹干，操作者可根据具体实践选择采用哪种干燥处理方式。
进一步优选地，所述制件原料为聚酰胺、聚氨酯、聚烯烃、聚碳酸酯、热塑性聚酯、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚铜、聚醚酮酮或聚甲醛。
进一步优选地，步骤一中，制件在浸没于后处理溶液的处理过程中，同时采用超声工艺帮助溶液附着在制件表面，所述超声工艺采用的超声频率为30-100KHZ。
进一步优选地，步骤一中，所述浸没时间为30-180s。
进一步优选地，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲醇、乙醇、水、丁醇、丁酮、丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、甲酸、乙酸、甲苯、二甲苯、苯酚或α-氯萘。
进一步优选地，所述后处理溶液还包括可溶性颜料，所述可溶性颜料为蓝色颜料，红色颜料，紫色颜料，黄色颜料，绿色颜料，黑色颜料中的一种或几种。
进一步优选地，所述后处理溶液由可溶性颜料和一种或多种溶剂通过搅拌工艺混合均匀制得。
进一步优选地，所述搅拌工艺中，搅拌速率为300-1200RPM。
本发明提供一种选择性激光烧结制件后处理方法，通过含有一种或多种溶剂的后处理溶液，将制件浸没一定时间，然后在设定温度下加热，进行干燥处理一定时间，设定温度高于制件原料在溶液中开始溶解温度，采用的后处理溶液溶解制件表面粗糙区域从而改善制件表面质量，工艺简单，可操作性强，处理后的制件表面光洁度显著提高；同时，本发明提供的制件后处理方法具有普适性，只要选取能够匹配制件原料合适的后处理溶液，任何材料都可以采用该方法进行处理。
具体实施方式
实施例1
采用PA1212粉末材料在华曙高科HT252型选择性激光烧结设备上烧结体积为8cm3的正方体方块和国标哑铃型拉伸样条，将上述方块及拉伸样条浸没到乙二醇中并在50KHZ的超声条件下处理30s，将上述溶液处理好的PA1212方块及拉伸样条放入130℃烘箱中30min，目测方块表面颜色，测试方块表面粗糙度及拉伸样条拉伸强度。
实施例2
采用PA1212粉末材料在华曙高科HT252型选择性激光烧结设备上烧结体积为8cm3的正方体方块和国标哑铃型拉伸样条，将上述方块及拉伸样条浸没到乙二醇中并在50KHZ的超声条件下处理30s，将上述溶液处理好的PA1212方块及拉伸样条采用150℃热风处理10min，目测方块表面颜色，测试方块表面粗糙度及拉伸样条拉伸强度。
实施例3
配制PA1212后处理红色溶液，在乙二醇中加入金属络合红色颜料，在600RPM速率下搅拌30min，其中金属络合红色颜料为乙二醇质量的1wt％；采用PA1212粉末材料在华曙高科HT252型选择性激光烧结设备上烧结体积为8cm3的正方体方块和国标哑铃型拉伸样条，将上述方块及拉伸样条浸没到添加有红色颜料的乙二醇中并在50KHZ的超声条件下处理30s，将上述溶液处理好的PA1212方块及拉伸样条放入130℃烘箱中30min，目测方块表面颜色，测试方块表面粗糙度及拉伸样条拉伸强度。
对比例1
采用PA1212粉末材料在华曙高科HT252型选择性激光烧结设备上烧结体积为8cm3的正方体方块和国标哑铃型拉伸样条，目测方块表面颜色，测试方块表面粗糙度及拉伸样条拉伸强度。
实施例4
配制TPU后处理溶液，将称取好的DMF与乙醇加入到容器中，在600RPM速率下搅拌30min，其中溶液组分为50wt％DMF与50wt％乙醇；采用TPU粉末材料在华曙高科eform型选择性激光烧结设备上烧结体积为8cm3的正方体方块和国标哑铃型拉伸样条，将上述方块及拉伸样条浸没到配制好的溶液中并在50KHZ的超声条件下处理30s，将上述溶液处理好的TPU方块及拉伸样条放入70℃烘箱中30min，目测方块表面颜色，测试方块表面粗糙度及样条拉伸强度。
实施例5
配制TPU后处理红色溶液，将称取好的DMF与乙醇、金属络合红色颜料加入到容器中，在600RPM速率下搅拌30min，其中溶液组分为50wt％DMF与50wt％乙醇，金属络合红色颜料为溶液质量的1wt％；采用TPU粉末材料在华曙高科eform型选择性激光烧结设备上烧结体积为8cm3的正方体方块和国标哑铃型拉伸样条，将上述方块及拉伸样条浸没到配制好的溶液中并在50KHZ的超声条件下处理30s，将上述溶液处理好的TPU方块及拉伸样条放入70℃烘箱中30min，测试方块表面粗糙度及样条拉伸强度，目测方块表面颜色，测试方块表面粗糙度及样条拉伸强度。
对比例2
采用TPU粉末材料在华曙高科eform型选择性激光烧结设备上烧结体积为8cm3的正方体方块和国标哑铃型拉伸样条，目测方块表面颜色，测试方块表面粗糙度和样条拉伸强度。
实施例6
采用PPS粉末材料在华曙高科ST252型选择性激光烧结设备上烧结体积为8cm3的正方体方块和国标哑铃型拉伸样条，将上述方块和拉伸样条浸没到氯代萘中并在50KHZ的超声条件下处理60s，将上述溶液处理好的PPS方块及拉伸样条放入200℃烘箱中60min，目测方块表面颜色，测试方块表面粗糙度及样条拉伸强度。
实施例7
配制PPS后处理红色溶液，将称取好的氯代萘、金属络合红色颜料加入到容器中，在600RPM速率下搅拌30min，其中金属络合红色颜料为氯代萘质量的1wt％；采用PPS粉末材料在华曙高科ST252型选择性激光烧结设备上烧结体积为8cm3的正方体方块和国标哑铃型拉伸样条，将上述方块和拉伸样条浸没到氯代萘中并在50KHZ的超声条件下处理60s，将上述溶液处理好的PPS方块及拉伸样条放入200℃烘箱中60min，目测方块表面颜色，测试方块表面粗糙度及样条拉伸强度。
对比例3
采用PPS粉末材料在华曙高科ST252型选择性激光烧结设备上烧结体积为8cm3的正方体方块和国标哑铃型拉伸样条，目测方块表面颜色，测试方块表面粗糙度及样条拉伸强度。
表1上述实施例和对比例的后处理测试参数结果
Figure BDA0002188357210000041
从表1实施例后处理测试结果可知，采用本发明的方法处理后的样块表面粗糙度显著降低，同时样条的拉伸强度没有下降，本发明非常适用于处理选择性激光烧结制件，提升制件的表面质量，工艺简单，可操作性强，处理后的制件表面光洁度显著提高；同时，本发明提供的制件后处理方法具有普适性，只要选取能够匹配制件原料合适的后处理溶液，任何材料都可以采用该方法进行处理；在实现制件表面处理的同时，还可以对制件进行染色，提高制件颜色的多样性及美观性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不代表对本发明专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围，因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种选择性激光烧结制件后处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将制件浸没在后处理溶液中，浸没时间不低于10s；
步骤二、将表面覆有后处理溶液的制件取出，在设定温度下加热，进行干燥处理，所述设定温度高于制件原料在溶液中开始溶解温度，干燥处理时间不低于5min；
其中，所述后处理溶液包括一种或多种溶剂。
2.根据权利要求1所述的选择性激光烧结制件后处理方法，其特征在于，所述设定温度比制件原料在溶液中开始溶解温度高20-60℃。
3.根据权利要求2所述的选择性激光烧结制件后处理方法，其特征在于，所述干燥处理时间为30-240min。
4.根据权利要求3所述的选择性激光烧结制件后处理方法，其特征在于，所述制件原料为聚酰胺、聚氨酯、聚烯烃、聚碳酸酯、热塑性聚酯、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚铜、聚醚酮酮或聚甲醛。
5.根据权利4所述的选择性激光烧结制件后处理方法，其特征在于，步骤一中，制件在浸没于后处理溶液的处理过程中，同时采用超声工艺帮助溶液附着在制件表面，所述超声工艺采用的超声频率为30-100KHZ。
6.根据权利要求1至5任一项所述的选择性激光烧结制件后处理方法，其特征在于，所述步骤一中的浸没时间为30-180s。
7.根据权利要求6所述的选择性激光烧结制件后处理方法，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲醇、乙醇、水、丁醇、丁酮、丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、甲酸、乙酸、甲苯、二甲苯、苯酚或α-氯萘。
8.根据权利要求7所述的选择性激光烧结制件后处理方法，其特征在于，所述后处理溶液还包括可溶性颜料，所述可溶性颜料为蓝色颜料，红色颜料，紫色颜料，黄色颜料，绿色颜料，黑色颜料中的一种或几种。
9.根据权利要求8所述的选择性激光烧结制件后处理方法，所述后处理溶液由可溶性颜料和一种或多种溶剂通过搅拌工艺混合均匀制得。
10.根据权利要求9所述的选择性激光烧结制件后处理方法，所述搅拌工艺的搅拌速率为300-1200RPM。
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