CN117124492A - 一种选择性激光烧结用高分子粉末材料及其制备方法、激光制造三维物体的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种选择性激光烧结用高分子粉末材料及其制备方法、激光制造三维物体的方法和装置，一种选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法包括如下步骤：将尼龙粉末材料和炭黑按照重量比100：0.5‑1.5加入到搅拌桶内进行混合搅拌，使炭黑均匀覆盖在尼龙粉末材料表面，制得高分子粉末材料。一种激光制造三维物体的方法，包括如下步骤：(1)将一层制造材料铺送在底板或者已经选择性熔合的层上，形成材料层；(2)激光器发射激光，激光被引导选择性照射材料层上的熔合区域；激光由波长为1000～1100nm的光纤激光器产生。本发明采用波长为1000～1100nm的光纤激光器，输出功率稳定，光斑稳定，优选合适的烧结参数，且该材料的生产效率高，可以在短时间内制造高质量的烧结件。
Description
技术领域
本发明属于选择性激光烧结技术领域，具体涉及一种选择性激光烧结用高分子粉末材料及其制备方法、激光制造三维物体的方法和装置。
背景技术
选择性激光烧结工艺是增材制造工艺中的一种，已经广泛应用到生活中各个领域。选择性激光烧工艺采用的基材为高分子粉末，高分子粉末被一层一层的铺到成型缸上，一层一层的高分子粉末被热辐射能量和激光辐射能量后烧结，高分子粉末成为黏流态，最后高分子粉末和高分子烧结成型的制件一起冷却，冷却后去除粉末后得到高分子制件。专利US6136948和WO9606881对这种使用粉末状聚合物制造三维物体的方法进行了详细的描述。
适合于选择性激光烧结的高分子粉末，需要满足好的流动性，热性能，光吸收性能，同时其高分子熔融体有好的流动性。由于选择性激光烧结技术对粉末的要求十分严苛，导致适合选择性激光烧结技术的高分子的种类非常少，现在的主要以聚酰胺粉末材料，聚氨酯，聚苯乙烯材料为主。聚酰胺材料(尼龙材料)是一种半结晶高分子材料，经过适当制粉工艺的尼龙材料，具备球形度高，粒径分布窄，流动性好的物理特点，同时也具备良好的热性能和良好的激光吸收性能，是选择性激光烧结的主要材料。尼龙材料对现在市面常用的波长为中红外区波段10600nm的激光器CO2具有非常好的吸收率，是尼龙材料基本不吸收1080mm的光纤激光器的吸收。在专利CN106626379B介绍在尼龙粉末中加入炭黑、金属粉末等光吸收剂，可以使得尼龙粉末能吸收光纤激光的能量，从而被融化。
尼龙粉末符合在以光纤激光器作为光源的选择性激光烧结设备烧结，除了尼龙粉末需要加入炭黑或者别的光吸收剂外，还需要合适的粉末粒径，粉末流动性，熔融指数，合适的烧结窗口等。同时合适的烧结工艺，也才能使得高分子粉末更好地在选择性激光烧结上进行烧结，制备的工件性能也更加优异。
发明内容
本发明提供的一种选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法，包括如下步骤：将尼龙粉末材料和炭黑按照重量比100：0.5-1.5加入到搅拌桶内进行混合搅拌，使炭黑均匀覆盖在尼龙粉末材料表面，制得高分子粉末材料，其中搅拌的速率为30～800转/min，搅拌时间为0.2～8h。
尼龙材料是一种半结晶高分子材料，经过本发明的适当制粉工艺得到的高分子粉末材料，具备球形度高，粒径分布窄，流动性好的物理特点，同时也具备良好的热性能和良好的激光吸收性能，是选择性激光烧结的主要材料。在高分子粉末材料应用到光纤激光器的选择性激光烧结设备中，高分子粉末材料并不能直接吸收光纤的激光能量，在这篇CN106626379B专利中介绍了光纤激光器对高分子材料的相关要求。本发明中炭黑起到一种热介质的作用，且炭黑起到了两个作用，第一个炭黑需要吸收光纤激光能量发热，第二个作用炭黑需要将这种热能量传递到高分子粉末上。本发明采用尼龙粉末材料和炭黑混合制造的高分子粉末材料，该材料适用于光纤激光器烧结，成型工件力学性能更好。
作为本发明的进一步优选方案，所述尼龙粉末材料为PA6、PA11、PA12、PA66、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的一种或多种。
或者所述尼龙粉末材料为PA6、PA11、PA12、PA66、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的两种或多种共聚尼龙。共聚尼龙是一种半结晶高分子材料，经过适当制粉工艺处理后，具备球形度高、粒径分布窄、流动性好的物理特点，同时具有良好的热性能和激光吸收性能，是选择性激光烧结的主要材料之一。由于共聚尼龙破坏了单体尼龙结晶规整性，其结晶度相对于单体尼龙较低，从而在选择性激光烧结时，共聚尼龙的烧结窗口更快，更有利于应用。同时共聚尼龙的结晶尺寸更小，单体尼龙中的不同单体协同作用，使其更容易实现均匀结晶，从而获得更好的韧性、耐久性、强度和刚性表现。综上所述，选择两种或者多种尼龙共聚制成制造材料是一种优化方案，具有更好的物理特性、热性能、激光吸收性能和更适合在选择性激光烧结中应用的特性。
作为本发明的进一步优选方案，所述尼龙粉末材料的平均粒径为50～68μm。选择性激光烧结工艺中，高分子粉末通过滚筒或者刮刀的方式，从成型缸的两侧均匀的铺到成型缸上，所以对粉末的流动性有非常高的要求。粉末粒径过小，粉末静电力大，导致粉末较蓬松，密实度低。粉末粒径过大，易导致粉末粒径超过了铺粉层厚，从而导致粉末无法铺到成型缸上。合适的粉末粒径，不仅粉末流动性较好，铺到工作缸上的粉末较密实。
作为本发明的进一步优选方案，所述尼龙粉末材料的松装密度为0.45～0.55g/cm3。粉末的松装密度能非常好地反馈粉末的流动性，在一定程度上，粉末的松装密度越高，粉末的流动越好，越有利于尼龙粉末材料在选择性激光设备上烧结。
作为本发明的进一步优选方案，所述尼龙粉末材料的熔指为30～60g/10min。高分子材料的熔指反映了该材料在被融化后其熔融体的流动的情况，如果高分子材料熔指越高，高分子的熔融体流动性越好，相反，如果高分子材料熔指越低高分子的熔融体流动性越差。由于在粉末被烧结后其熔融体并未受到外界的压力，所以尼龙材料从粉末到熔融体过程中体积的减小，是靠本事的尼龙熔融体的流动性。所以如果尼龙材料的熔指太低，会导致尼龙材料很好地去除尼龙材料中的孔隙率，会导致烧结每层熔融体的情况不一致，同时制件中的空隙高，会导致烧结制件的性能偏差。而如果尼龙材料的熔指太高，说明其分子量越小。虽然制件的空隙率会进一步降低，但是会导致尼龙分子链的的粘结力太低，烧结制件的性能偏差。经过优化，优选尼龙粉末材料的熔指为30～60g/10min。
作为本发明的进一步优选方案，所述尼龙粉末材料的熔点为176～270℃，所述尼龙粉末材料的结晶温度为120～240℃。粉末的熔点影响粉末的烧结温度，一般粉末的烧结温度低于粉末熔点的15～20℃，最有利于整个过程的稳定烧结。粉末的结晶温度反应了尼龙粉末的融化后的结晶情况，尼龙的结晶温度越低，说明尼龙从熔融态转变为固态的温度越低。在选择性激光技术中，烧结的工件是一层一层的烧结，最终得到成品工件。如果在烧结过程中，尼龙的熔融体在较高的温度下容易结晶，轻微的情况是，烧结后的工件垂直方向性能差，容易翘曲；严重的后果是，烧结过程中尼龙的熔融体就发生结晶收缩，导致工件在烧结过程中就翘曲了，导致烧结失败。所以在选择性激光烧结技术中，希望高分子粉末的熔点与结晶温度有更宽的范围，这样不仅尼龙材料在烧结过程中容易控制，同时制件的垂直方向性能也更优异。
作为本发明的进一步优选方案，所述炭黑的平均粒径为20～50nm，所述炭黑在尼龙粉末材料的表面覆盖率为20～100％。炭黑粒径太小，炭黑容易脱落，如果炭黑太大，将导致炭黑热量过高，导致接触了炭黑的粉末发生过烧，尼龙会发生降解，从而导致了尼龙制件性能较差。合适的炭黑添加量可以使得炭黑有效地覆盖在尼龙粉末材料的表面。表面覆盖率低，炭黑不能有效地吸收激光能量，从而导致炭黑的热能量低，不足以使得高分子完全被融化。而炭黑覆盖率高，容易到炭黑吸收的激光能量过高，导致尼龙发生热降解，影响了制件性能，过多的炭黑覆盖也容易引起炭黑分散性差，影响了制件的韧性。
作为本发明的进一步优选方案，所述炭黑的表面官能团为羧酸、笨醌、酚、内酚、醛、酸酰、羧酸盐或醚。炭黑均匀分散在尼龙粉末材料中，炭黑更好地吸收激光能量，粉末整体能被熔化，烧结件的韧性更好，抗冲击性能提高。
一种选择性激光烧结用高分子粉末材料，采用所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法制得。
一种激光制造三维物体的方法，包括如下步骤：
(1)将一层制造材料铺送在底板或者已经选择性熔合的层上，形成材料层；
(2)激光器发射激光，激光被引导选择性照射材料层上的熔合区域，所述熔合区域为待制造的三维物体在该层相对应的横截面部位；
所述激光由波长为1000～1100nm的光纤激光器产生，所述制造材料为所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料，所述光纤激光器的激光功率为100～220W，激光光斑为500～1000μm，扫描速度为15～20m/s，材料层的厚度为0.06～0.12mm，填充线间距为0.2～0.4mm。
一种所述激光制造三维物体的方法的装置，包括：
储料器，提供用于制造三维物体的制造材料，所述制造材料为所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料；
铺粉器，用于将制造材料铺送在底板或者已经选择性熔合的层上，形成材料层；
激光器，产生聚焦激光，激光被引导至铺送的材料层上进行选择性的照射；
所述激光由波长为1000～1100nm的光纤激光器产生，所述光纤激光器的激光功率为100～220W，激光光斑为500～1000μm，扫描速度为15～20m/s，材料层的厚度为0.06～0.12mm，填充线间距为0.2～0.4mm。
激光烧结中，高分子粉末吸收热能量和激光能量后被融化，其中热能量主要跟设置的主温有关。而激光能量跟激光功率成正比，跟烧结速度，烧结层厚，填充线间距成反比。高分子粉末吸收的激光能量密度越高，粉末融化的越完全，但是过高的激光能量，又会使得高分子粉末融化过度，发生工件粘粉，同时也容易过烧，导致热降解。通过调节烧结参数，包括波长、激光功率、光斑、扫描速度、层厚和填充线间距等，可以控制激光能量的密度和烧结件的质量。本发明采用波长为1000～1100nm的光纤激光器，输出功率稳定，光斑稳定，且优选合适的烧结参数，使得该高分子粉末材料的生产效率高，可以在短时间内制造高质量的烧结件。
本发明提供的一种选择性激光烧结用高分子粉末材料及其制备方法，该材料具备球形度高、粒径分布窄、流动性好的物理特点，同时具有良好的热性能和激光吸收性能，适用于光纤激光器烧结。本发明提供的激光制造三维物体的方法和装置，采用波长为1000～1100nm的光纤激光器，输出功率稳定，光斑稳定，优选且合适的烧结参数，使得该高分子粉末材料的生产效率高，可以在短时间内制造高质量的烧结件。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细描述。
当尼龙粉末材料为PA6、PA11、PA12、PA66、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的一种或多种时，结合以下对比实施例进行说明：
对比例一
步骤1：在搅拌桶加入重量为100份的PA12粉末，物理搅拌的方式搅拌PA12粉末，搅拌的速率为60转/min，搅拌时间为1h，最终得到PA12粉末。尼龙12粉末的熔点为187℃，结晶温度为140℃，尼龙12粉末的松装密度在0.48g/cm3，尼龙12粉末的熔指为50g/10min。
步骤2：将该粉末应用到以1080nm的光纤激光器的选择性激光烧结设备上进行烧结，烧结温度为170℃，烧结功率为120W，填充的激光光斑为800μm，扫描速度为20m/s，材料层的厚度为0.1mm，填充线间距为0.3mm。尼龙粉末无法吸收光纤激光器的能量，尼龙粉末无法被烧结，制件无性能。
实施例一
步骤1：在搅拌桶加入重量为100份的平均粒径为50μm尼龙1212粉末，然后再继续加入重量为0.5份的平均粒径为20nm的炭黑，再通过物理搅拌的方式，搅拌尼龙1212与炭黑的复合粉末，搅拌的速率为30转/min，搅拌时间为0.2h，最终炭黑会均匀地覆盖在尼龙1212粉末表面，炭黑在尼龙粉末材料表面覆盖率为20％，尼龙1212粉末的熔点为176℃，结晶温度为120℃，尼龙1212粉末的松装密度在0.45g/cm3，尼龙1212粉末的熔指为30g/10min。
步骤2：将该粉末应用到以1000nm的光纤激光器的选择性激光烧结设备上进行烧结，烧结温度为161℃，激光功率为100W，填充激光光斑为500μm，扫描速度为15m/s，材料层的厚度为0.06mm，填充线间距为0.2mm，烧结得到性能优异的尼龙1212制件，其中尼龙1212制件的拉伸性能可以达到：拉伸强度46MPa，断裂伸长率36％，拉伸模量1700MPa。
实施例二
步骤1：在搅拌桶加入重量为100份的平均粒径为55μm尼龙12粉末，然后再继续加入重量为0.8份的平均粒径为30nm的炭黑，再通过物理搅拌的方式，搅拌尼龙12与炭黑的复合粉末，搅拌的速率为200转/min，搅拌时间为1h，最终炭黑会均匀的覆盖在尼龙12粉末表面，炭黑在尼龙粉末的表面覆盖率为40％，尼龙12粉末的熔点为186℃，结晶温度为140℃，尼龙12粉末的松装密度在0.48g/cm3，尼龙12粉末的熔指为40g/10min。
步骤2：将该粉末应用到以1020nm的光纤激光器的选择性激光烧结设备上进行烧结，烧结温度为170℃，激光功率为120W，填充激光光斑为800μm，扫描速度为20m/s，材料层的厚度为0.08mm，填充线间距为0.25mm，烧结得到性能优异的尼龙12制件，尼龙12制件的拉伸性能可以达到：拉伸强度48MPa，断裂伸长率33％，拉伸模量1800MPa。
实施例三
步骤1：在搅拌桶加入重量为100份的平均粒径为60μm尼龙11粉末，然后再继续加入重量为1份的平均粒径为40nm的炭黑，再通过物理搅拌的方式，搅拌尼龙11与炭黑的复合粉末，搅拌的速率为400转/min，搅拌时间为4h，最终炭黑会均匀的覆盖在尼龙11粉末表面，炭黑在尼龙粉末的表面覆盖率为60％，尼龙11粉末的熔点为192℃，结晶温度为155℃，尼龙11粉末的松装密度在0.5g/cm3，尼龙11粉末的熔指为50g/10min。
步骤2：将该粉末应用到以1060nm的光纤激光器的选择性激光烧结设备上进行烧结，烧结温度为177℃，激光功率为160W，填充激光光斑为750μm，扫描速度为17m/s，材料层的厚度为0.1mm，填充线间距为0.3mm。得到性能优异的尼龙11制件，尼龙11制件的拉伸性能可以达到，拉伸强度49MPa，断裂伸长率45％，拉伸模量1500MPa。
实施例四
步骤1：在搅拌桶加入重量为100份的平均粒径为65μm尼龙1012粉末，然后再继续加入重量为1.2份的平均粒径为50nm的炭黑，再通过物理搅拌的方式，搅拌尼龙1012与炭黑的复合粉末，搅拌的速率为600转/min，搅拌时间为6h，最终炭黑会均匀的覆盖在尼龙1012粉末表面，炭黑在尼龙粉末的表面覆盖率为80％，尼龙1012粉末的熔点为196℃，结晶温度为162℃，尼龙1012粉末的松装密度在0.52g/cm3，尼龙1012粉末的熔指为60g/10min。
步骤2：将该粉末应用到以1080nm的光纤激光器的选择性激光烧结设备上进行烧结，烧结温度为181℃，激光功率为200W，填充激光光斑为800μm，扫描速度为18m/s，材料层的厚度为0.12mm，填充线间距为0.35mm。得到性能优异的尼龙1012制件，尼龙1012制件的拉伸性能可以达到：拉伸强度54MPa，断裂伸长率31％，拉伸模量2000MPa。
实施例五
步骤1：在搅拌桶加入重量为100份的平均粒径为68μm尼龙1010粉末，然后再继续加入重量为1.5份的平均粒径为30nm的炭黑，再通过物理搅拌的方式，搅拌尼龙1010与炭黑的复合粉末，搅拌的速率为800转/min，搅拌时间为8h，最终炭黑会均匀的覆盖在尼龙1010粉末表面，炭黑在尼龙粉末的表面覆盖率为100％，尼龙1010粉末的熔点为204℃，结晶温度为178℃，尼龙粉末的松装密度在0.55g/cm3，尼龙1010粉末的熔指为50g/10min。
步骤2：将该粉末应用到以1100nm的光纤激光器的选择性激光烧结设备上进行烧结，烧结温度为189℃，激光功率为220W，填充激光光斑为1000μm，扫描速度为20m/s，材料层的厚度为0.12mm，填充线间距为0.4mm。得到性能优异的尼龙1010制件，尼龙1010制件的拉伸性能可以达到：拉伸强度57MPa，断裂伸长率27％，拉伸模量2200MPa。
实施例六
步骤1：在搅拌桶加入重量为100份的平均粒径为58μm尼龙612粉末，然后再继续加入重量为1份的平均粒径为30nm的炭黑，再通过物理搅拌的方式，搅拌尼龙612与炭黑的复合粉末，搅拌的速率为600转/min，搅拌时间为0.5h，最终炭黑会均匀的覆盖在尼龙612粉末表面，炭黑在尼龙粉末的表面覆盖率为80％，尼龙612粉末的熔点为212℃，结晶温度为182℃，尼龙612粉末的松装密度在0.5g/cm3，尼龙粉末的熔指为50g/10min。
步骤2：将该粉末应用到以1080nm的光纤激光器的选择性激光烧结设备上进行烧结，烧结温度为197℃，激光功率为140W，填充激光光斑为1000μm，扫描速度为20m/s，材料层的厚度为0.1mm，填充线间距为0.3mm。得到性能优异的尼龙612制件，尼龙612制件的拉伸性能可以达到：拉伸强度62MPa，断裂伸长率26％，拉伸模量2300MPa。
实施例七
步骤1：在搅拌桶加入重量为100份的平均粒径为58μm尼龙610粉末，然后再继续加入重量为1份的平均粒径为30nm的炭黑，再通过物理搅拌的方式，搅拌尼龙610与炭黑的复合粉末，搅拌的速率为600转/min，搅拌时间为0.5h，最终炭黑会均匀的覆盖在尼龙610粉末表面，炭黑在尼龙粉末的表面覆盖率为80％，尼龙610粉末的熔点为221℃，结晶温度为187℃，尼龙610粉末的松装密度在0.5g/cm3，尼龙粉末的熔指为50g/10min。
步骤2：将该粉末应用到以1080nm的光纤激光器的选择性激光烧结设备上进行烧结，烧结温度为201℃，激光功率为140W，填充激光光斑为1000μm，扫描速度为20m/s，材料层的厚度为0.1mm，填充线间距为0.3mm。得到性能优异的尼龙610制件，尼龙610制件的拉伸性能可以达到：拉伸强度68MPa，断裂伸长率21％，拉伸模量2700MPa。
实施例八
步骤1：在搅拌桶加入重量为100份的平均粒径为58μm尼龙6粉末，然后再继续加入重量为1份的平均粒径为30nm的炭黑，再通过物理搅拌的方式，搅拌尼龙6与炭黑的复合粉末，搅拌的速率为600转/min，搅拌时间为0.5h，最终炭黑会均匀的覆盖在尼龙6粉末表面，炭黑在尼龙粉末的表面覆盖率为80％，尼龙6粉末的熔点为228℃，结晶温度为193℃，尼龙6粉末的松装密度在0.5g/cm3，尼龙粉末的熔指为50g/10min。
步骤2：将该粉末应用到以1080nm的光纤激光器的选择性激光烧结设备上进行烧结，烧结温度为208℃，激光功率为140W，填充激光光斑为1000μm，扫描速度为20m/s，材料层的厚度为0.1mm，填充线间距为0.3mm。得到性能优异的尼龙6制件，尼龙6制件的拉伸性能可以达到：拉伸强度75MPa，断裂伸长率18％，拉伸模量3000MPa。
实施例九
步骤1：在搅拌桶加入重量为100份的平均粒径为58μm尼龙66粉末，然后再继续加入重量为1份的平均粒径为30nm的炭黑，再通过物理搅拌的方式，搅拌尼龙66与炭黑的复合粉末，搅拌的速率为600转/min，搅拌时间为0.5h，最终炭黑会均匀的覆盖在尼龙66粉末表面，炭黑在尼龙粉末的表面覆盖率为80％，尼龙66粉末的熔点为266℃，结晶温度为216℃，尼龙66粉末的松装密度在0.5g/cm3，尼龙粉末的熔指为50g/10min。
步骤2：将该粉末应用到以1080nm的光纤激光器的选择性激光烧结设备上进行烧结，烧结温度为246℃，激光功率为140W，填充激光光斑为1000μm，扫描速度为20m/s，材料层的厚度为0.1mm，填充线间距为0.3mm。得到性能优异的尼龙66制件，尼龙66制件的拉伸性能可以达到：拉伸强度82MPa，断裂伸长率15％，拉伸模量3300MPa。
| 实施例 | 尼龙粉末 | 拉伸强度MPa | 断裂伸长率％ | 拉伸强度MPa |
| 对比例一 | PA12 | |||
| 实施例一 | PA1212 | 46 | 36 | 1700 |
| 实施例二 | PA12 | 48 | 33 | 1800 |
| 实施例三 | PA11 | 49 | 45 | 1500 |
| 实施例四 | PA1012 | 54 | 31 | 2000 |
| 实施例五 | PA1010 | 57 | 27 | 2200 |
| 实施例六 | PA612 | 62 | 26 | 2300 |
| 实施例七 | PA610 | 68 | 21 | 2700 |
| 实施例八 | PA6 | 75 | 18 | 3000 |
| 实施例九 | PA66 | 82 | 15 | 3300 |
当所述尼龙粉末材料为PA6、PA11、PA12、PA66、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的两种或多种共聚尼龙，结合以下对比实施例进行说明：
对比例一
步骤1：在搅拌桶加入重量为100份的PA12粉末，物理搅拌的方式搅拌PA12粉末，搅拌的速率为60转/min，搅拌时间为1h，最终得到PA12粉末。尼龙12粉末的熔点为187℃，结晶温度为140℃，尼龙12粉末的松装密度在0.48g/cm3，尼龙12粉末的熔指为50g/10min。
步骤2：将该粉末应用到以1080nm的光纤激光器的选择性激光烧结设备上进行烧结，烧结温度为170℃，烧结功率为120W，填充的激光光斑为800μm，扫描速度为20m/s，材料层的厚度为0.1mm，填充线间距为0.3mm。尼龙粉末无法吸收光纤激光器的能量，尼龙粉末无法被烧结，制件无性能。
实施例一
步骤1：在搅拌桶加入重量为100份的平均粒径为50μm共聚尼龙1010/1012粉末，然后再继续加入重量为0.5份的平均粒径为20nm的炭黑，再通过物理搅拌的方式，搅拌共聚尼龙1010/1012与炭黑的复合粉末，搅拌的速率为30转/min，搅拌时间为0.2h，最终炭黑会均匀的覆盖在共聚尼龙1010/1012粉末表面，炭黑在共聚尼龙粉末的表面覆盖率为20％，共聚尼龙1212粉末的熔点为176℃，结晶温度为100℃，共聚尼龙1212粉末的松装密度在0.45g/cm3，共聚尼龙1010/1012粉末的熔指为30g/10min。
步骤2：将该粉末应用到以1000nm的光纤激光器的选择性激光烧结设备上进行烧结，烧结温度为161℃，激光功率为100W，填充激光光斑为500μm，扫描速度为15m/s，材料层的厚度为0.06mm，填充线间距为0.2mm。得到性能优异的共聚尼龙1010/1012制件，共聚尼龙1010/1012制件的拉伸性能可以达到：拉伸强度43MPa，断裂伸长率45％，拉伸模量1600MPa。
实施例二
步骤1：在搅拌桶加入重量为100份的平均粒径为55μm共聚尼龙1010/1012粉末，然后再继续加入重量为0.8份的平均粒径为30nm的炭黑，再通过物理搅拌的方式，搅拌共聚尼龙1010/1012与炭黑的复合粉末，搅拌的速率为200转/min，搅拌时间为1h，最终炭黑会均匀的覆盖在共聚尼龙1010/1012粉末表面，炭黑在共聚尼龙粉末的表面覆盖率为40％，共聚尼龙1010/1012粉末的熔点为186℃，结晶温度为123℃，共聚尼龙1010/1012粉末的松装密度在0.48g/cm3，共聚尼龙1010/1012粉末的熔指为40g/10min。
步骤2：将该粉末应用到以1020nm的光纤激光器的选择性激光烧结设备上进行烧结，烧结温度为170℃，激光功率为120W，填充激光光斑为800μm，扫描速度为20m/s，材料层的厚度为0.1mm，填充线间距为0.3mm。得到性能优异的共聚尼龙1010/1012制件，共聚尼龙1010/1012制件的拉伸性能可以达到：拉伸强度45MPa，断裂伸长率53％，拉伸模量1550MPa。
实施例三
步骤1：在搅拌桶加入重量为100份的平均粒径为60μm共聚尼龙6/66粉末，然后再继续加入重量为1份的平均粒径为40nm的炭黑，再通过物理搅拌的方式，搅拌共聚尼龙6/66与炭黑的复合粉末，搅拌的速率为400转/min，搅拌时间为4h，最终炭黑会均匀的覆盖在共聚尼龙6/66粉末表面，炭黑在共聚尼龙粉末的表面覆盖率为60％，共聚尼龙6/66粉末的熔点为260℃，结晶温度为220℃，共聚尼龙6/66粉末的松装密度在0.5g/cm3，共聚尼龙6/66粉末的熔指为50g/10min。
步骤2：将该粉末应用到以1060nm的光纤激光器的选择性激光烧结设备上进行烧结，烧结温度为245℃，激光功率为160W，填充激光光斑为750μm，扫描速度为17m/s，材料层的厚度为0.12mm，填充线间距为0.3mm。得到性能优异的共聚尼龙6/66制件，共聚尼龙6/66制件的拉伸性能可以达到：拉伸强度64MPa，断裂伸长率34％，拉伸模量1500MPa。
实施例四
步骤1：在搅拌桶加入重量为100份的平均粒径为65μm共聚尼龙6/1010粉末，然后再继续加入重量为1.2份的平均粒径为50nm的炭黑，再通过物理搅拌的方式，搅拌共聚尼龙6/1010与炭黑的复合粉末，搅拌的速率为600转/min，搅拌时间为6h，最终炭黑会均匀的覆盖在共聚尼龙6/1010粉末表面，炭黑在共聚尼龙粉末的表面覆盖率为80％，共聚尼龙6/1010粉末的熔点为196℃，结晶温度为135℃，共聚尼龙6/1010粉末的松装密度在0.52g/cm3，共聚尼龙6/1010粉末的熔指为60g/10min。
步骤2：将该粉末应用到以1080nm的光纤激光器的选择性激光烧结设备上进行烧结，烧结温度为181℃，激光功率为200W，填充激光光斑为800μm，扫描速度为18m/s，材料层的厚度为0.12mm，填充线间距为0.35mm。得到性能优异的共聚尼龙6/1010制件，共聚尼龙6/1010制件的拉伸性能可以达到：拉伸强度57MPa，断裂伸长率48％，拉伸模量2100MPa。
实施例五
步骤1：在搅拌桶加入重量为100份的平均粒径为68μm共聚尼龙6/66/1010粉末，然后再继续加入重量为1.5份的平均粒径为50nm的炭黑，再通过物理搅拌的方式，搅拌共聚尼龙6/66/1010与炭黑的复合粉末，搅拌的速率为800转/min，搅拌时间为8h，最终炭黑会均匀的覆盖在共聚尼龙6/66/1010粉末表面，炭黑在共聚尼龙粉末的表面覆盖率为100％，共聚尼龙6/66/1010粉末的熔点为140℃，由于共聚尼龙6/66/1010为无规共聚，无结晶温度，共聚尼龙粉末的松装密度在0.55g/cm3，共聚尼龙6/66/1010粉末的熔指为50g/10min。
步骤2：将该粉末应用到以1100nm的光纤激光器的选择性激光烧结设备上进行烧结，烧结温度为189℃，激光功率为220W，填充激光光斑为1000μm，扫描速度为20m/s，材料层的厚度为0.1mm，填充线间距为0.4mm。得到性能优异的共聚尼龙6/66/1010制件，共聚尼龙6/66/1010制件的拉伸性能可以达到，拉伸强度15MPa，断裂伸长率235％，拉伸模量880MPa。
以上所述实施例仅表达了本发明的多种实施方式，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用高分子粉末材料制备方法，包括如下步骤：
将尼龙粉末材料和炭黑按照重量比100：0.5-1.5加入到搅拌桶内进行混合搅拌，使炭黑均匀覆盖在尼龙粉末材料表面，制得高分子粉末材料，其中搅拌的速率为30～800转/min，搅拌时间为0.2～8h。
2.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法，其特征在于，所述尼龙粉末材料为PA6、PA11、PA12、PA66、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的一种或多种；
或者所述尼龙粉末材料为PA6、PA11、PA12、PA66、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的两种或者多种共聚尼龙。
3.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法，其特征在于，所述尼龙粉末材料的平均粒径为50～68μm。
4.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法，其特征在于，所述尼龙粉末材料的松装密度为0.45～0.55g/cm3；所述尼龙粉末材料的熔指为30～60g/10min。
5.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法，其特征在于，所述尼龙粉末材料的熔点为176～270℃，所述尼龙粉末材料的结晶温度为120～240℃。
6.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法，其特征在于，所述炭黑的平均粒径为20nm～50nm，所述炭黑在尼龙粉末材料的表面覆盖率为20～100％。
7.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法，其特征在于，所述炭黑的表面官能团为羧酸、笨醌、酚、内酚、醛、酸酰、羧酸盐或醚。
8.一种选择性激光烧结用高分子粉末材料，其特征在于，采用权利要求1-7中任一项所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料制备方法制得。
9.一种激光制造三维物体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将一层制造材料铺送在底板或者已经选择性熔合的层上，形成材料层；
(2)激光器发射激光，激光被引导选择性照射材料层上的熔合区域，所述熔合区域为待制造的三维物体在该层相对应的横截面部位；
其特征在于，所述激光由波长为1000～1100nm的光纤激光器产生，所述制造材料为权利要求8所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料，所述光纤激光器的激光功率为100～220W，激光光斑为500～1000μm，扫描速度为15～20m/s，材料层的厚度为0.06～0.12mm，填充线间距为0.2～0.4mm。
10.一种执行权利要求9所述激光制造三维物体的方法的装置，包括：
储料器，提供用于制造三维物体的制造材料，所述制造材料为权利要求8所述的选择性激光烧结用高分子粉末材料；
铺粉器，用于将制造材料铺送在底板或者已经选择性熔合的层上，形成材料层；
激光器，产生聚焦激光，激光被引导至铺送的材料层上进行选择性的照射；
其特征在于，所述激光由波长为1000～1100nm的光纤激光器产生，所述光纤激光器的激光功率为100～220W，激光光斑为500～1000μm，扫描速度为15～20m/s，材料层的厚度为0.06～0.12mm，填充线间距为0.2～0.4mm。
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