一種氧化鋁粉末3d打印材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于激光燒結(jié)快速成型粉末材料的制備方法，屬于快速成型的材料領(lǐng)域，特別涉及一種氧化鋁粉末3D打印材料的制備方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]激光燒結(jié)屬于增材制造的一種方法。這種工藝也是以激光器為能量源，通過(guò)激光束使塑料、蠟、陶瓷、金屬或其復(fù)合物的粉末均勻地?zé)Y(jié)在加工平面上。在工作臺(tái)上均勻鋪上一層很薄(亞毫米級(jí))的粉末作為原料，激光束在計(jì)算機(jī)的控制下，通過(guò)掃描器以一定的速度和能量密度按分層面的二維數(shù)據(jù)掃描。經(jīng)過(guò)激光束掃描后，相應(yīng)位置的粉末就燒結(jié)成一定厚度的實(shí)體片層，未掃描的地方仍然保持松散的粉末狀。這一層掃描完畢后，隨后需要對(duì)下一層進(jìn)行掃描。先根據(jù)物體截層厚度即分層層厚而降低工作臺(tái)，鋪粉滾筒再一次將粉末鋪平，可以開(kāi)始新一層的掃描。如此反復(fù)，直至掃描完所有層面，并經(jīng)過(guò)后處理，即可獲得
τ?: 口廣PR ο
[0003]在現(xiàn)有的成型材料領(lǐng)域中，由于SLS (選擇性激光燒結(jié))快速成型技術(shù)具有原料來(lái)源多樣和零件的構(gòu)建時(shí)間較短等優(yōu)點(diǎn)，故在快速成型領(lǐng)域有著較廣泛的應(yīng)用。但大部分是有機(jī)材料和復(fù)合材料，中國(guó)發(fā)明專利CN1379061A中公開(kāi)了一種用于激光燒結(jié)成型制品的尼龍粉末材料，通過(guò)化學(xué)合成和工藝的改進(jìn)，對(duì)尼龍粉末材料的表面進(jìn)行處理，得到了燒結(jié)性能優(yōu)良，成型制品強(qiáng)度高，韌性好的產(chǎn)品，簡(jiǎn)化了激光燒結(jié)尼龍材料的制備工藝，降低了成本；中國(guó)發(fā)明專利CN103881371中公開(kāi)了一種激光燒結(jié)3D制造技術(shù)用石塑復(fù)合粉末及其制備方法。
[0004]3D打印(3D printing)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用流體狀、粉末狀、絲(棒)狀等可固化、粘合、熔合材料，通過(guò)逐層固化、粘合、熔合的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工(AEC)、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，實(shí)際上是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的最新快速成型裝置。它與普通打印工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。這打印技術(shù)稱為3D立體打印技術(shù)。傳統(tǒng)制造業(yè)一般需要對(duì)原材料進(jìn)行切割或鉆孔，即減材制造，可大規(guī)模生產(chǎn)；3D打印是將材料一層層堆疊粘合、熔合，即增材制造；可實(shí)現(xiàn)快速個(gè)性化制造，可制造出傳統(tǒng)制造業(yè)無(wú)法完成的形狀。
[0005]3D打印材料是3D打印技術(shù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在某種程度上，材料的發(fā)展決定著3D打印能否有更廣泛的應(yīng)用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹(shù)脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等。陶瓷材料具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、低密度、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)異特性，在航空航天、汽車、生物等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。但由于陶瓷材料硬而脆的特點(diǎn)使其加工成形尤其困難，特別是復(fù)雜陶瓷部件需通過(guò)模具來(lái)成形，模具加工成本高、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，難以滿足產(chǎn)品不斷更新的需求。3D打印用的陶瓷粉末是陶瓷粉和某種膠粘劑粉末所組成的混合物。由于膠粘劑粉末的熔點(diǎn)低，激光燒結(jié)時(shí)只是將膠粘劑粉末熔化而使陶瓷粉末粘結(jié)一起，需要將陶瓷制品放入到溫控爐中，在較高的溫度下進(jìn)行后處理。陶瓷粉末和膠粘劑粉末的配比、混合程度會(huì)影響到陶瓷部件的性能。粘結(jié)劑比例越高，燒結(jié)比較容易，但在后處理過(guò)程中零部件收縮比較大，會(huì)影響部件的尺寸精度。反之，膠粘劑用量少，則不容易燒結(jié)。
[0006]氧化鋁陶瓷是一種以氧化鋁(Al2O3)為主體的陶瓷材料，用于厚膜集成電路。氧化鋁陶瓷有較好的傳導(dǎo)性、機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫性。氧化鋁陶瓷是一種用途廣泛的陶瓷，如陶瓷軸承、陶瓷密封件及水閥片，制成熔融玻璃以取代鉑坩禍，利用其透光性及可耐堿金屬腐蝕性用作鈉燈管，在電子工業(yè)中可用作集成電路基板與高頻絕緣材料等。
[0007]本發(fā)明通過(guò)對(duì)氧化鋁粉末材料進(jìn)行表面涂層改性，將高分子的膠粘劑涂層到超細(xì)氧化鋁粉末的表面，得到的涂層后氧化鋁粉末材料可以直接采用激光燒結(jié)快速成型。該粉末可達(dá)到微米及亞微米級(jí)，膠粘劑涂層均勻，膠粘劑用量少，粘結(jié)效果好，強(qiáng)度大，后處理簡(jiǎn)單，而且粒徑均一的粉末材料。該材料可以方便快捷地成形精密、異型、復(fù)雜的部件，不需要噴灑粘接劑，大大簡(jiǎn)化才做程序。所得到產(chǎn)品不僅強(qiáng)度高，也使薄壁微小零件的成型在3D快速成型機(jī)上的實(shí)現(xiàn)成為可能；此外，本專利提供的方法簡(jiǎn)單，成本低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目是提供一種氧化鋁粉末3D打印材料的制備方法，快速成型粉末不需要噴灑粘結(jié)劑可直接激光掃描成型；
本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0009]一種氧化鋁粉末3D打印材料的制備方法，其特征在于，該方法具有以下工藝步驟:
Cl)氧化鋁粉末預(yù)處理:在反應(yīng)器中，按質(zhì)量百分比加入，水:56°/『66%，六偏磷酸鈉:2[7%，攪拌溶解，再加入氧化鋁粉末:30[38%，各組分之和為百分之百，強(qiáng)力攪拌、于50±2°C恒溫反應(yīng)3~5h，冷卻后，過(guò)濾、洗滌，干燥，得到預(yù)處理氧化鋁粉末；
(2)氧化鋁粉末3D打印材料的制備:在研磨機(jī)中，按質(zhì)量百分比加入，處理氧化鋁粉末:80%~87%，光敏環(huán)氧樹(shù)脂:2%~6%，石油樹(shù)脂:1%~3%，鹽酸羥胺:0.5%~3%，開(kāi)啟研磨機(jī)轉(zhuǎn)速在400轉(zhuǎn)/分鐘，研磨5min，再加入丙酮:8%~15%，各組分之和為百分之百，研磨機(jī)轉(zhuǎn)速在400轉(zhuǎn)/分鐘，再研磨20~30min，干燥，得到氧化鋁粉末3D打印材料，所得到的氧化鋁粉末3D打印材料的粒徑為0.5-2.0 μ m的范圍內(nèi)。
[0010]在步驟(I)中所述的氧化鋁粉末的粒徑在0.5~1.5 μπι范圍內(nèi)；
在步驟(2)中所述的光敏環(huán)氧樹(shù)脂與石油樹(shù)脂的質(zhì)量比在1:0.4-0.6之間最優(yōu)。
[0011]在步驟(2)中所述的預(yù)處理氧化鋁粉末與鹽酸羥胺的質(zhì)量比在1:0.01-0.03之間最優(yōu)。
[0012]本發(fā)明所述的顆粒度測(cè)試方法是采用激光粒度儀測(cè)得的粒度當(dāng)量直徑尺寸。
[0013]本發(fā)明的另一目的是提供氧化鋁粉末3D打印材料在3D打印機(jī)上成型的應(yīng)用，特點(diǎn)為:將氧化鋁粉末3D打印材料加入到選擇性激光燒結(jié)成型機(jī)的供粉缸中，鋪粉滾輪將粉末材料均勻地鋪在加工平面上并被加熱至加工溫度，激光器發(fā)出激光，計(jì)算機(jī)控制激光器的開(kāi)關(guān)及掃描器的角度，使得激光束在加工平面上根據(jù)對(duì)應(yīng)的二維片層形狀進(jìn)行掃描，激光束掃過(guò)之后，工作臺(tái)下移一個(gè)層厚，再鋪粉，激光束掃描，如此反復(fù)，得到激光燒結(jié)件；其中激光束在加工平面上掃描的方式為分區(qū)域掃描，激光功率為40~50W，掃描速度為1500mm/s，掃描間距為0.1-0.15mm，分層厚度為0.10-0.2mm，預(yù)熱溫度:50°C，加工溫度為130~150°C。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
(I)本發(fā)明獲得的氧化鋁粉末3D打印材料，不需要噴灑粘結(jié)劑在激光燒結(jié)條件下可直接成型，由于在制備過(guò)程中加入具有還原性的鹽酸羥胺，鹽酸羥胺在成型過(guò)程中可以吸收具有氧化性的氣體以避免產(chǎn)生噴濺。
[0015](2)本發(fā)明獲得的氧化鋁粉末3D打印材料，顆粒可達(dá)到亞微米級(jí)甚至納米級(jí)，具有中位徑粒小，粒度分布范圍窄的特點(diǎn)，性質(zhì)穩(wěn)定；由這種快速成型粉末材料可以制造薄壁模型或微小零部件，制造出產(chǎn)品具有表面光澤度高，強(qiáng)度好，精度高等特點(diǎn)。
[0016](3)本發(fā)明獲得的氧化鋁粉末3D打印材料，具有制備工藝簡(jiǎn)單，條件易于控制，生產(chǎn)成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)，又具有低碳環(huán)保和節(jié)約能源等優(yōu)勢(shì)。
[0017](4)本發(fā)明獲得的氧化鋁粉末3D打印材料，能夠有效的在激光燒結(jié)3D打印機(jī)上快速成型，成型的精度高。
【具體實(shí)施方式】
[0018]