CN109438965A - 激光烧结3d制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于选择性激光烧结的玻璃微珠/聚氨酯复合粉末及其制备方法和使用方法,本发明涉及一种用于激光烧结3D制造技术的复合粉末及其制备和使用方法。本发明是要解决现有的激光烧结用聚氨酯粉末材料制备的烧结件成本高、加工过程中易产生收缩和翘曲变形等技术问题,提供一种激光烧结制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末及其制备和烧结方法。本发明的激光烧结3D制造技术用聚氨酯粉末和空心玻璃微珠组成,其体积比为(4~5):1。激光烧结时激光束在加工平面上扫描的方式为分区域扫描,激光功率为25~40W,激光功率低。本发明的玻璃微珠/聚氨酯复合粉末用于激光烧结3D制造领域。
Description
技术领域
本发明设计一种用于激光烧结3D制造技术玻璃微珠/聚氨酯复合粉末及其制备方法
背景技术
选择性激光烧结技术是增材制造的一种,它是一种以激光器为能量源,通过激光束使聚合物、陶瓷、金属或其复合物的粉末均匀地烧结在加工平面上。其工作过程为,首先在工作台上均匀铺上一层很薄的粉末为原料,激光束在计算器的控制下,通过扫描器以一定的速度和能量密度按分层面的二维数据进行扫描。经过激光束扫描后,相应位置的粉末就烧结成一定厚度的实体片层,未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。一层扫描完毕,随后需要对下一层进行扫描。先根据模型分层层厚而降低工作台,铺粉辊轮再次将粉末铺平,可以开始新一层的扫描。如此反复,直至扫描完所有层面。去掉多余粉末,并经过打磨、烘干等适当的处理,即可获得零件。
发明内容
本发明是要解决现有的激光烧结3D制造技术用聚氨酯粉末材料制备的烧结件成本高、加工过程中易产生收缩和翘曲变形等技术问题,提供一种激光烧结制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末及其制备和烧结方法。
本发明的激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末由空心玻璃微珠和聚氨酯粉末组成;其中聚氨酯粉末与空心玻璃微珠的体积比为(4~5):1。
上述的激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末的制备方法,按以下步骤进行:
一、玻璃微珠粉末干燥后,用振筛机筛分,得到颗粒大小均匀的玻璃微珠粉末;
二、按聚氨酯粉末与玻璃微珠的体积比为(4~5):1称取步骤一得到的玻璃微珠和聚氨酯粉末,加入到高速混合机中,在转速为 1000~1200r/min的条件下研磨混合10~12小时,得到激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末。
本发明的制备方法中,将玻璃微珠粉末干燥后用振筛机强力震动筛分,使其颗粒大小均匀,然后聚氨酯粉末和玻璃微珠用高速混合机均匀混合,得到粒径最大化分散的均质粉末,不仅避免了粉末出现聚集现象,也有助于烧结过程中玻璃微珠被聚氨酯颗粒充分包裹并均匀分布在基体中,从而提高成型件的机械性能。
利用上述的激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末进行激光烧结的方法,包括:将激光烧结制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末加入到快速成型机的供粉缸中,铺粉辊轮将玻璃微珠/聚氨酯复合粉末均匀地铺在加工平面上并通过加热器将其升温至加工温度,激光器发出激光,计算器控制激光器的开关及扫描器的角度,使得激光束在加工平面上根据对应的二维片层扫描,激光束扫过之后,工作台下移一个层厚,再铺粉,激光束扫描,如此反复,得到激光烧结件;其特征在于其中激光束在加工平面上扫描的方式为分区域扫描,激光功率为25~40W,扫描速度为4000mm/s,扫描间距为0.15~0.20mm,粉层厚度为0.1~0.2mm,加工温度为85~100℃。
本发明的激光烧结的方法中,玻璃微珠/聚氨酯复合粉末在激光作用下,聚氨酯颗粒吸收激光的高能量变成熔融状态,而玻璃微珠颗粒在烧结过程中不发生相变,不需要熔融热,因此单位体积的复合材料粉末烧结所需的能量较少,有利于降低激光功率。聚氨酯粉末中加入空心玻璃微珠作为无机填料,可有效减少成型件的翘曲变形现象,提高尺寸精度,并且空心玻璃微珠微观形貌呈规则球状,单位体积的表面积小,与聚氨酯的接触面小,并且微珠之间也是点接触,具有滚珠轴承效应,使玻璃微珠/聚氨酯复合粉末具有良好的流动性,易于铺粉。本发明的玻璃微珠/聚氨酯复合粉末激光烧结件的平均收缩率为 1.42%,比纯聚氨酯粉末减少了50%,得到的烧结件表面平整,无翘曲现象。
本发明的激光烧结的方法中成本低,另外以采用聚氨酯粉末添入玻璃微珠的复合材料作为激光烧结3D制造的生产原料,玻璃微珠/聚氨酯复合材料既降低了生产成本,又具有低碳环保和能源节约优点。并且该材料在制备过程中不必对玻璃微珠进行改性处理,在保证了成型的精度,也因简化工艺而降低了制造成本。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式的激光烧结3D制造技术用玻璃微珠 /聚氨酯复合粉末由聚氨酯粉末和玻璃微珠组成;其中聚氨酯粉末与玻璃微珠的体积比为4:1.
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玻璃微珠为空心玻璃微珠,其粒径≤50μm。其他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聚氨酯粉末的粒径≤60μm。其他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激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末的制备方法,按以下步骤进行:
一、玻璃微珠干燥后,用振筛机筛分,得到颗粒大小均匀的玻璃微珠
二、按聚氨酯粉末与玻璃微珠的体积比为4:1称取聚氨酯粉末和步骤一得到的空心玻璃微珠,加入到高速混合机中,在转速为 1000~1200r/min的条件下混合10~12小时,得到激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末。
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高速混合机的转速为1100r/min,混合时间为11小时。其它与具体实施方式四相同。
混合过程,混合速度及时间,使得玻璃微珠和聚氨酯粉末分布均匀,避免同种粉末聚集现象,从而激光烧结过程中,玻璃微珠可以被充分包裹并均匀分布于聚氨酯基体中,从而更好地保证烧结件机械性能。
具体实施方式六:利用具体实施方式一所述的激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末进行激光烧结的方法,包括:将激光烧结制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末加入到快速成型机的供粉缸中,铺粉辊轮将玻璃微珠/聚氨酯复合粉末均匀地铺在加工平面上并通过加热器将其升温至加工温度,激光器发出激光,计算器控制激光器的开关及扫描器的角度,使得激光束在加工平面上根据对应的二维片层扫描,激光束扫过之后,工作台下移一个层厚,再铺粉,激光束扫描,如此反复,得到激光烧结件;其特征在于其中激光束在加工平面上扫描的方式为分区域扫描,激光功率为25~40W,扫描速度为4000mm/s,扫描间距为0.15~0.20mm,粉层厚度为0.1~0.2mm,加工温度为 85~100℃。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式六不同的是:加工温度为100℃。其他与具体实施方式六相同。
用以下试验验证本发明的有益效果:
试验1:本试验的激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末由聚氨酯粉末和空心玻璃微珠组成;其中聚氨酯粉末与玻璃微珠的体积比为4:1。
上述的激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末的制备方法按以下步骤进行:
一、玻璃微珠在30℃的条件下干燥24小时后,用振筛机筛分,得到颗粒大小为50μm的玻璃微珠;
二、按聚氨酯粉末和玻璃微珠的体积比为4:1称取聚氨酯粉末和步骤一得到的玻璃微珠,加入到超微混合机中,在转速为1000r/min的条件下研磨混合10~12小时,得到激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末。
本试验得到的激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末是颜色均一、粒径最大化分散的均质粉末。
利用上述的激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末进行激光烧结的方法,具体如下:将激光烧结制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末加入到快速成型机的供粉缸中,铺粉辊轮将玻璃微珠/聚氨酯复合粉末均匀地铺在加工平面上并通过加热器将其升温至加工温度,激光器发出激光,计算器控制激光器的开关及扫描器的角度,使得激光束在加工平面上根据对应的二维片层扫描,激光束扫过之后,工作台下移一个层厚,再铺粉,激光束扫描,如此反复,得到激光烧结件;其特征在于其中激光束在加工平面上扫描的方式为分区域扫描,激光功率为25W,扫描速度为4000mm/s,扫描间距为0.15mm,粉层厚度为0.2mm,加工温度为90℃。
试验1得到的激光烧结件收缩率为1.42%。
本试验采用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末进行激光烧结,得到激光烧结件,由于空心玻璃微珠具有较差的导热性,添加到聚氨酯粉末中后,可有效降低复合粉末的导热系数,改善激光烧结件收缩、翘曲变形等缺点,能有效提高烧结件的尺寸精度。
同时做以下的对比实验:
试验2:本试验是采用聚氨酯粉末进行激光烧结,激光烧结具体如下:将激光烧结3D制造技术用聚氨酯粉末加入到选择性激光烧结的供粉缸中,铺粉滚轮将聚氨酯复合粉末均匀地铺在加工平面上并被加热至加工温度,激光器发出激光,计算机控制激光器的开关及扫描器的角度,使得激光束在加工平面上根据对应的二维片层形状扫描,激光束扫过之处,工作台下移一个层厚,再铺粉,激光扫描结束,如此反复,得到激光烧结件;其中激光束在加工平面上扫描的方式为分区域扫描,激光功率为25W,扫描速度为4000mm/s,扫描间距为0.15mm,粉层厚度为0.2mm,加工温度为90℃。
试验2得到的烧结件收缩率为2.89%。
通过试验1、2的对比,可知试验1所得烧结件的收缩率较试验2 提高了51%。
Claims (6)
1.激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末,其特征在于玻璃微珠/聚氨酯复合粉末由空心玻璃微珠和聚氨酯粉末组成;其中聚氨酯粉末与空心玻璃微珠的体积比为(4~5):1。
2.根据权利要求1所述的激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末,其特征在于所述的玻璃微珠的粒径为≤50μm。
3.根据权利要求1或2所述的激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末,其特征在于聚氨酯粉末的粒径为≤60μm。
4.制备权利要求1所述的激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末的方法,其特征在于该方法按以下步骤进行:
一、玻璃微珠干燥后,用振筛机筛分,得到颗粒大小均匀的玻璃微珠。
二、按聚氨酯粉末与玻璃微珠的体积比为(4~5):1称取聚氨酯粉末和步骤一得到的玻璃微珠,加入到高速混合机中,在转速为1000~1200r/min的条件下研磨混合10~12小时,得到激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末。
5.根据权利要求4所述的激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末的制备方法,其特征在于步骤二中高速混合机的转速为1100r/min,混合时间为11小时。
6.利用权利要求1所述的激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末进行激光烧结的方法,包括:将激光烧结3D制造技术用玻璃微珠/聚氨酯复合粉末加入到选择性激光烧结成型机的供粉缸中,铺粉滚轮将玻璃微珠/聚氨酯复合粉末均匀地铺在加工平面上并被加热至加工温度,激光器发出激光,计算器控制激光器的开关及扫描器的角度,使得激光束在加工平面上根据对应的二维片层扫描,激光束扫过之后,工作台下移一个层厚,再铺粉,激光束扫描,如此反复,得到激光烧结件;其特征在于其中激光束在加工平面上扫描的方式为分区域扫描,激光功率为25~40W,扫描速度为4000mm/s,扫描间距为0.15~0.20mm,粉层厚度为0.1~0.2mm,加工温度为85~100℃。
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