CN111300818A - 一种选择性激光烧结ps后处理工艺 - Google Patents

一种选择性激光烧结ps后处理工艺 Download PDF

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CN111300818A CN202010233820.0A CN202010233820A CN111300818A CN 111300818 A CN111300818 A CN 111300818A CN 202010233820 A CN202010233820 A CN 202010233820A CN 111300818 A CN111300818 A CN 111300818A
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Abstract

本发明涉及3D打印后处理工艺，更具体地，本发明涉及一种选择性激光烧结PS后处理工艺。包括浸蜡、修补、打磨，本发明提供一种选择性激光烧结PS后处理工艺，通过控制浸蜡操作的时间和温度，可控制不同厚度的原型件浸蜡后的状态，避免出现变形、开裂等现象，且通过本方法得到的PS基成形件表面粗糙度低，具有高的精度和强度，可满足后续的加工和使用。

Description

一种选择性激光烧结PS后处理工艺
技术领域
本发明涉及3D打印后处理工艺，更具体地，本发明涉及一种选择性激光烧结PS后处理工艺。
背景技术
选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering，SLS)技术借助于计算机辅助设计与制造，采用分层制造叠加原理，将高分子粉末材料直接成形为三维实体零件，代替传统铸造成形用模样，不受成形零件形状复杂程度的限制，不需任何工装模具。高分子材料强度、耐久性和尺寸稳定性均高于蜡料，且在激光烧结过程中不易开裂，特别适用于复杂结构精铸件。
常见用于选择性激光烧结的高分子材料有聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯和尼龙等粉末材料。激光选区烧结是无压敞开烧结，PS粉末在激光作用下烧结成形所需零件，粉末与粉末之间存在大量的空隙，表面质量粗糙，尺寸稳定性不高。故选择性激光烧结PS原型件一般要经过后处理才能满足使用要求，而在后处理中必须经过渗蜡后处理，渗蜡质量的好坏直接影响最终成形件质量，若渗蜡操作不良，容易造成产品的变形、开裂、表面粗糙等，影响产品的精度和力学性能。而目前对于激光烧结后处理的研究很少。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种选择性激光烧结PS后处理工艺，包括浸蜡、修补、打磨，所述浸蜡包括以下步骤：
原型件预热：将原型件放入烘箱，预热30～40min；
蜡池预热：将蜡加入蜡池，并加热到浸蜡温度；
原型件浸蜡：将预热后的原型件放入托盘中，并浸入加热到浸蜡温度的蜡池，直到原型件表面没有气泡冒出；
原型件冷却：将浸蜡后的原型件取出，冷却。
作为本发明一种优选的技术方案，当原型件平均厚度小于10mm时，浸蜡温度为64～66℃。
作为本发明一种优选的技术方案，当原型件平均厚度小于等于30mm，大于等于10mm时，浸蜡温度为59～61℃。
作为本发明一种优选的技术方案，当原型件平均厚度大于30mm时，浸蜡温度为59～61℃。
作为本发明一种优选的技术方案，当原型件平均厚度大于30mm时，所述原型件浸蜡在真空下进行。
作为本发明一种优选的技术方案，所述原型件浸蜡中，浸蜡温度为1～3min。
作为本发明一种优选的技术方案，所述原型件预热中，预热温度为55～65℃。
作为本发明一种优选的技术方案，所述蜡池预热中，所述蜡的添加量小于蜡池高度的4/5。
作为本发明一种优选的技术方案，所述原型件冷却中，将浸蜡后的原型件取出，并放在30～35℃的烘箱冷却40～50min后，放置到空气中冷却。
本发明第二个方面提供了一种所述的选择性激光烧结PS后处理工艺制备得到的PS基粉末SLS成形件。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供一种选择性激光烧结PS后处理工艺，通过控制浸蜡操作的时间和温度，可控制不同厚度的原型件浸蜡后的状态，避免出现变形、开裂等现象，且通过本方法得到的PS基成形件表面粗糙度低，具有高的精度和强度，可满足后续的加工和使用。
具体实施方式
参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。
说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。
此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。
以下通过具体实施方式说明本发明，但不局限于以下给出的具体实施例。
本发明第一个方面提供了一种选择性激光烧结PS后处理工艺，包括浸蜡、修补、打磨。
浸蜡
PS粉末在激光作用下烧结成形所需零件，粉末与粉末之间存在大量的空隙，表面质量粗糙，尺寸稳定性不高。PS原型件渗蜡可以提高制件强度和尺寸稳定性，同时可以改善PS原型件表面质量。但是浸蜡的时间、温度等工艺参数都将影响蜡液渗入PS原型件程度，以及蜡液附着在PS原型件表面厚度，并最终影响精铸件尺寸精度及表面质量。
在一种实施方式中，本发明所述浸蜡包括以下步骤：
原型件预热：将原型件放入烘箱，预热30～40min；
蜡池预热：将蜡加入蜡池，并加热到浸蜡温度；
原型件浸蜡：将预热后的原型件放入托盘中，并浸入加热到浸蜡温度的蜡池，直到原型件表面没有气泡冒出；
原型件冷却：将浸蜡后的原型件取出，冷却。
本发明所述蜡为本领域熟知的蜡，不做具体限定，可列举的有，石蜡。
本发明所述托盘为底面有槽并均匀分布小洞且很平的托盘，最好用不锈钢板。
优选地，当原型件平均厚度小于10mm时，浸蜡温度为64～66℃；进一步地，当原型件平均厚度小于10mm时，浸蜡温度为65℃。
更优选地，当原型件平均厚度小于等于30mm，大于等于10mm时，浸蜡温度为59～61℃；进一步地，当原型件平均厚度小于等于30mm，大于等于10mm时，浸蜡温度为60℃。
进一步优选地，当原型件平均厚度大于30mm时，浸蜡温度为59～61℃；进一步地，当原型件平均厚度大于30mm时，浸蜡温度为60℃。
更进一步优选地，当原型件平均厚度大于30mm时，所述原型件浸蜡在真空下进行；进一步地，当原型件平均厚度大于30mm时，所述原型件浸蜡的压强10-1～10-5Pa。
申请人意外发现，不同原型件平均厚度，需要的浸蜡温度和操作条件也需要不同，随着温度的增加，蜡液的粘度降低，对于平均厚度小于10mm的原型件，若使用的温度较低时，较高粘度的蜡液不易进行原型件空隙内部，从而堆积在表面，导致冷却后尺寸变化较大，造成精度和表面粗糙度的变化；而当原型件厚度大于10mm时，较高的渗蜡温度对材料的尺寸变化影响更大，容易造成产品的精度和表面性能下降，故通过选择相对较低的温度进行渗蜡操作。
另外，申请人意外发现，当原型件的平均厚度大于30mm时，渗蜡时蜡液难以短时间渗入原型件空隙内部，故为了缩短时间对原型件的影响，申请人在渗蜡时采取了真空操作，来加速蜡液的渗入，短时间内得到具有高的空隙填充的原型件，提高力学性能和表面性能。而当原型件的平均厚度小于等于20mm时，选用本发明所述渗蜡温度，可在短时间内填充原型件空隙，故不需要真空操作，而可在常压下进行。
申请人发现，当原型件平均厚度大于30mm时，所述原型件浸蜡的压强为10-1～10- 5Pa时可保证渗蜡后的原型件的力学和表面性能，当渗蜡的真空度太小时，蜡液渗入较慢，无法短时间内填充原型件的空隙，而当渗蜡的真空度太高时，原型件本身疏松的结构会受到破坏，造成变形或开裂等现象。
在一种优选的实施方式中，本发明所述原型件浸蜡中，浸蜡温度为1～3min。
申请人发现，对于不同原型件平均厚度，采用本发明所述温度和压强时，均可在较短渗蜡时间完成，而当延长渗蜡时间时，由于蜡液已基本将原型件空隙中空气排空，对原型件的力学性能的增加不明显，而蜡膜的堆积，甚至可能导致原型件表面性能受到影响。
在一种更优选的实施方式中，本发明所述原型件预热中，预热温度为55～65℃；进一步地，本发明所述原型件预热中，预热温度为60℃。
在一种进一步优选的实施方式中，本发明所述蜡池预热中，所述蜡的添加量小于蜡池高度的4/5。
蜡在加热过程前要将蜡块打碎成小块蜡放入蜡池中。这样做的目的是避免蜡料加热过程中由于相变造成的体积变化，蜡液在加热过程中喷溅出伤人。蜡的添加量视原型件的高度而定，通常最大为蜡池高度的4/5。
在一种更进一步优选的实施方式中，本发明所述原型件冷却中，将浸蜡后的原型件取出，并放在30～35℃的烘箱冷却40～50min后，放置到空气中冷却。
修补
当渗蜡的操作不当时，容易在浸蜡过程中制件出现破裂或裂缝，可以通过粘结剂进行修补。如果零件太大，可以剖分成几块烧结，此时每个剖分的零件单独渗蜡后，也需要通过粘结剂粘结。而通过本发明所述渗蜡操作，可避免浸蜡过程中之间的破裂或裂缝，提高表面光滑性能。
由于操作过程而造成的制件表面不平，顶角缺损的时候，我们可以使用电烙铁、蜡液，实现修补。
打磨
制件在完成渗蜡和修补工序后，可以进行一些必要的打磨过程。打磨时，先用粗砂纸将制件表面大致打平后，然后再用细砂纸将表面进行抛光处理。
注意打磨时制件要放在平整的平面用力要均匀，不能太大或太猛。抛光后的制件尽量不用手直接拿取，以免抛光面受到损坏。
本发明第二个方面提供如上所述的选择性激光烧结PS后处理工艺制备得到的PS基粉末SLS成形件。
实施例
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的，购于国药化学试剂。
实施例1
本发明的实施例1提供一种选择性激光烧结PS后处理工艺，包括浸蜡、修补、打磨；所述浸蜡包括以下步骤：
原型件预热：将平均厚度为0.15mm的选择性激光烧结PS原型件放入烘箱，在60℃预热30min；
蜡池预热：将蜡加入蜡池，并加热到65℃；
原型件浸蜡：将预热后的原型件放入托盘中，并浸入加热到65℃的蜡池2min；
原型件冷却：将浸蜡后的原型件取出，并放在30℃的烘箱冷却40min后，放置到空气中冷却。
本发明还提供一种如上所述的选择性激光烧结PS后处理工艺制备得到的PS基粉末SLS成形件。
实施例2
本发明的实施例2提供一种选择性激光烧结PS后处理工艺，包括浸蜡、修补、打磨；所述浸蜡包括以下步骤：
原型件预热：将平均厚度为20mm的选择性激光烧结PS原型件放入烘箱，在60℃预热30min；
蜡池预热：将蜡加入蜡池，并加热到60℃；
原型件浸蜡：将预热后的原型件放入托盘中，并浸入加热到60℃的蜡池2.5min；
原型件冷却：将浸蜡后的原型件取出，并放在30℃的烘箱冷却40min后，放置到空气中冷却。
本发明还提供一种如上所述的选择性激光烧结PS后处理工艺制备得到的PS基粉末SLS成形件。
实施例3
本发明的实施例3提供一种选择性激光烧结PS后处理工艺，包括浸蜡、修补、打磨；所述浸蜡包括以下步骤：
原型件预热：将平均厚度为50mm的选择性激光烧结PS原型件放入烘箱，在60℃预热30min；
蜡池预热：将蜡加入蜡池，并加热到60℃；
原型件浸蜡：将预热后的原型件放入托盘中，并在10-4Pa的真空条件下浸入加热到60℃的蜡池2.5min；
原型件冷却：将浸蜡后的原型件取出，并放在30℃的烘箱冷却40min后，放置到空气中冷却。
本发明还提供一种如上所述的选择性激光烧结PS后处理工艺制备得到的PS基粉末SLS成形件。
实施例4
本发明的实施例4提供一种选择性激光烧结PS后处理工艺，包括浸蜡、修补、打磨；所述浸蜡包括以下步骤：
原型件预热：将平均厚度为0.15mm的选择性激光烧结PS原型件放入烘箱，在60℃预热30min；
蜡池预热：将蜡加入蜡池，并加热到60℃；
原型件浸蜡：将预热后的原型件放入托盘中，并浸入加热到60℃的蜡池2min；
原型件冷却：将浸蜡后的原型件取出，并放在30℃的烘箱冷却40min后，放置到空气中冷却。
本发明还提供一种如上所述的选择性激光烧结PS后处理工艺制备得到的PS基粉末SLS成形件。
实施例5
本发明的实施例5提供一种选择性激光烧结PS后处理工艺，包括浸蜡、修补、打磨；所述浸蜡包括以下步骤：
原型件预热：将平均厚度为0.15mm的选择性激光烧结PS原型件放入烘箱，在60℃预热30min；
蜡池预热：将蜡加入蜡池，并加热到75℃；
原型件浸蜡：将预热后的原型件放入托盘中，并浸入加热到75℃的蜡池2min；
原型件冷却：将浸蜡后的原型件取出，并放在30℃的烘箱冷却40min后，放置到空气中冷却。
本发明还提供一种如上所述的选择性激光烧结PS后处理工艺制备得到的PS基粉末SLS成形件。
实施例6
本发明的实施例6提供一种选择性激光烧结PS后处理工艺，包括浸蜡、修补、打磨；所述浸蜡包括以下步骤：
原型件预热：将平均厚度为0.15mm的选择性激光烧结PS原型件放入烘箱，在60℃预热30min；
蜡池预热：将蜡加入蜡池，并加热到65℃；
原型件浸蜡：将预热后的原型件放入托盘中，并浸入加热到65℃的蜡池10min；
原型件冷却：将浸蜡后的原型件取出，并放在30℃的烘箱冷却40min后，放置到空气中冷却。
本发明还提供一种如上所述的选择性激光烧结PS后处理工艺制备得到的PS基粉末SLS成形件。
实施例7
本发明的实施例7提供一种选择性激光烧结PS后处理工艺，包括浸蜡、修补、打磨；所述浸蜡包括以下步骤：
原型件预热：将平均厚度为20mm的选择性激光烧结PS原型件放入烘箱，在60℃预热30min；
蜡池预热：将蜡加入蜡池，并加热到50℃；
原型件浸蜡：将预热后的原型件放入托盘中，并浸入加热到50℃的蜡池2.5min；
原型件冷却：将浸蜡后的原型件取出，并放在30℃的烘箱冷却40min后，放置到空气中冷却。
本发明还提供一种如上所述的选择性激光烧结PS后处理工艺制备得到的PS基粉末SLS成形件。
实施例8
本发明的实施例8提供一种选择性激光烧结PS后处理工艺，包括浸蜡、修补、打磨；所述浸蜡包括以下步骤：
原型件预热：将平均厚度为20mm的选择性激光烧结PS原型件放入烘箱，在60℃预热30min；
蜡池预热：将蜡加入蜡池，并加热到65℃；
原型件浸蜡：将预热后的原型件放入托盘中，并浸入加热到65℃的蜡池2.5min；
原型件冷却：将浸蜡后的原型件取出，并放在30℃的烘箱冷却40min后，放置到空气中冷却。
本发明还提供一种如上所述的选择性激光烧结PS后处理工艺制备得到的PS基粉末SLS成形件。
实施例9
本发明的实施例9提供一种选择性激光烧结PS后处理工艺，包括浸蜡、修补、打磨；所述浸蜡包括以下步骤：
原型件预热：将平均厚度为20mm的选择性激光烧结PS原型件放入烘箱，在60℃预热30min；
蜡池预热：将蜡加入蜡池，并加热到60℃；
原型件浸蜡：将预热后的原型件放入托盘中，并浸入加热到60℃的蜡池10min；
原型件冷却：将浸蜡后的原型件取出，并放在30℃的烘箱冷却40min后，放置到空气中冷却。
本发明还提供一种如上所述的选择性激光烧结PS后处理工艺制备得到的PS基粉末SLS成形件。
实施例10
本发明的实施例10提供一种选择性激光烧结PS后处理工艺，包括浸蜡、修补、打磨；所述浸蜡包括以下步骤：
原型件预热：将平均厚度为50mm的选择性激光烧结PS原型件放入烘箱，在60℃预热30min；
蜡池预热：将蜡加入蜡池，并加热到60℃；
原型件浸蜡：将预热后的原型件放入托盘中，并在常压下浸入加热到60℃的蜡池2.5min；
原型件冷却：将浸蜡后的原型件取出，并放在30℃的烘箱冷却40min后，放置到空气中冷却。
本发明还提供一种如上所述的选择性激光烧结PS后处理工艺制备得到的PS基粉末SLS成形件。
实施例11
本发明的实施例11提供一种选择性激光烧结PS后处理工艺，包括浸蜡、修补、打磨；所述浸蜡包括以下步骤：
原型件预热：将平均厚度为50mm的选择性激光烧结PS原型件放入烘箱，在60℃预热30min；
蜡池预热：将蜡加入蜡池，并加热到60℃；
原型件浸蜡：将预热后的原型件放入托盘中，并在10-7Pa的真空条件下浸入加热到60℃的蜡池2.5min；
原型件冷却：将浸蜡后的原型件取出，并放在30℃的烘箱冷却40min后，放置到空气中冷却。
本发明还提供一种如上所述的选择性激光烧结PS后处理工艺制备得到的PS基粉末SLS成形件。
性能评价
1、表面状态：观察选择性激光烧结PS原型件经实施例提供的渗蜡方法处理后的表面状态，观察是否有开裂、变形、裂缝等，并评为1～5级，其中1级为无开裂、变形、裂缝，2级为微有裂缝，无变形，3级为小裂缝数量增多，无变形，4级为出现大裂缝，5级为变形明显，结果见表1。
2、表面粗糙度：观察选择性激光烧结PS原型件经实施例提供的渗蜡方法处理后的平面的粗糙度和光滑度，并评为1～4级，其中1级为表面光洁度明显，无颗粒感和阶梯感，2级为表面光洁度一般，略有颗粒感，3级为表面较粗糙，颗粒感增加，略有阶梯感，4级为表面粗糙，颗粒感和阶梯感明显，结果见表1。
3、力学性能：测试将平均厚度为0.15mm的选择性激光烧结PS原型件使用实施例提供的渗蜡方法处理前后的力学性能，结果见表2。
表1性能表征测试
实施例 表面状态 表面粗糙度
1 1级 1级
2 1级 1级
3 1级 1级
4 2级 3级
5 5级 4级
6 3级 3级
7 3级 3级
8 2级 2级
9 3级 2级
10 4级 4级
11 5级 4级
表2性能表征测试
Figure BDA0002430292350000111
由表1和表2测试结果可知，本发明提供的选择性激光烧结PS后处理工艺可根据不同平均厚度的原型件选择不同的渗蜡条件，从而提高力学性能和表面性能，保证最终制得的成形件的精度和强度。
前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。

Claims (10)

1.一种选择性激光烧结PS后处理工艺，包括浸蜡、修补、打磨，其特征在于，所述浸蜡包括以下步骤：
原型件预热：将原型件放入烘箱，预热30～40min；
蜡池预热：将蜡加入蜡池，并加热到浸蜡温度；
原型件浸蜡：将预热后的原型件放入托盘中，并浸入加热到浸蜡温度的蜡池，直到原型件表面没有气泡冒出；
原型件冷却：将浸蜡后的原型件取出，冷却。
2.根据权利要求1所述的选择性激光烧结PS后处理工艺，其特征在于，当原型件平均厚度小于10mm时，浸蜡温度为64～66℃。
3.根据权利要求1所述的选择性激光烧结PS后处理工艺，其特征在于，当原型件平均厚度小于等于30mm，大于等于10mm时，浸蜡温度为59～61℃。
4.根据权利要求1所述的选择性激光烧结PS后处理工艺，其特征在于，当原型件平均厚度大于30mm时，浸蜡温度为59～61℃。
5.根据权利要求4所述的选择性激光烧结PS后处理工艺，其特征在于，当原型件平均厚度大于30mm时，所述原型件浸蜡在真空下进行。
6.根据权利要求2～5任意一项所述的选择性激光烧结PS后处理工艺，其特征在于，所述原型件浸蜡中，浸蜡温度为1～3min。
7.根据权利要求1所述的选择性激光烧结PS后处理工艺，其特征在于，所述原型件预热中，预热温度为55～65℃。
8.根据权利要求1所述的选择性激光烧结PS后处理工艺，其特征在于，所述蜡池预热中，所述蜡的添加量小于蜡池高度的4/5。
9.根据权利要求1所述的选择性激光烧结PS后处理工艺，其特征在于，所述原型件冷却中，将浸蜡后的原型件取出，并放在30～35℃的烘箱冷却40～50min后，放置到空气中冷却。
10.一种根据权利要求1～9任意一项所述的选择性激光烧结PS后处理工艺制备得到的PS基粉末SLS成形件。
CN202010233820.0A 2020-03-30 2020-03-30 一种选择性激光烧结ps后处理工艺 Withdrawn CN111300818A (zh)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113787170A (zh) * 2021-09-16 2021-12-14 新乡市航宏航空机电设备有限公司 一种发动机油滤过滤器壳体铸造方法

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