[发明专利]光纤激光烧结用高分子粉末材料制备方法

说明书

本发明提供了一种光纤激光烧结用高分子粉末材料制备方法，包括如下步骤：将光纤吸收材料、表面活性剂加入到乙醇‑水溶液中，加热搅拌，抽滤、干燥、筛分得到表面活化的光纤吸收材料；将高分子树脂、溶剂、表面活化的光纤吸收材料加入高压密闭反应釜中，抽真空然后在惰性气体的保护下持续搅拌加热升温至第一设定温度，保温1‑120min，然后降温至第二设定温度；再往反应釜中加入表面活化的光纤吸收材料，持续搅拌并保温30‑90min，最后将溶液降温至室温，抽滤、干燥、筛分后与无机纳米粒子和粉末抗氧剂均匀混合，得到光纤激光烧结用高分子粉末材料。本发明材料对光纤能量的吸收效率高、制件力学性能好，特别适用于选择性光纤激光器烧结工艺。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体涉及一种光纤激光烧结用高分子粉末材料制备方法。

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。该方法主要使用热塑性聚合物来完成。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。

现有主流的选择性激光烧结主要使用是波长为10.6微米的CO₂激光器，三维零件的制造精度与激光光斑大小有关，光斑越小制造精度越高，激光光斑的大小与其波长及激光器模数成正比。在制造三维零件时，对于具有更为精细的特征结构，使用CO₂激光烧结往往难以达到预期的效果。光纤激光器可以使用更小的激光光斑，实现了使用更小聚焦光斑的激光实现聚酰胺三维物体的制造，提高了制造精度。

高分子材料由于其物性特点，对光纤激光的吸收效率很低，为了提高高分子材料对光纤激光能量的吸收，常规的办法是将高分子粉末材料和光纤吸收粉末材料混合，提高高分子材料对光纤激光的吸收能力。已有文献采用机械混合的方法将高分子粉末材料与光纤吸收材料混合，但光纤吸收材料仅包覆在高分子粉末材料的外表面，往往导致高分子材料内部熔化不完全，影响工件力学机械性能，同时在材料的运输、储存及使用过程中产生相分离，严重降低了实际使用效果；也有文献通过聚合、溶剂沉底等方法先将热介质嵌入尼龙粉末颗粒中，再通过机械混合的方法在尼龙颗粒表面覆盖炭黑以此来提高尼龙材料对光纤激光的吸收能力，该方法在一定程度改善了尼龙材料内部熔化不够好的问题，但还是存在粉末材料在运输、储存及使用过程中产生相分离的问题。

发明内容

本发明的目的是为了提高高分子材料对光纤激光能量吸收效率和效果，改善材料在运输、储存及使用过程中的稳定性，使其更适用于选择性光纤激光烧结成型工艺。

本发明提供一种适用于光纤激光器烧结的高分子粉末材料及其制备方法，通过在溶剂沉淀法粉末制备阶段加入光纤吸收材料，在降温过程中，溶解的高分子材料在粉末颗粒生长阶段将光纤吸收材料包覆起来，最终长成内部包覆有光纤吸收材料的粉末颗粒，然后在高分子材料析出温度以下5-20℃再次加入光纤材料，并在此温度下保温搅拌，光纤吸收材料能够吸附或镶嵌在粉末颗粒表面，使得光纤吸收材料最大程度与高分子粉末材料结合，大大提高了其吸收光纤激光能量的效率和效果，更加适用于光纤激光器烧结制备三维工件，有助于提高三维制件的力学性能。

本发明提供一种光纤激光烧结用高分子粉末材料制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将光纤吸收材料、表面活性剂加入到乙醇-水溶液中，加热至30-40℃后，以200-500rpm的速率搅拌30-120min，抽滤、干燥、筛分得到表面活化的光纤吸收材料；

步骤二、将高分子树脂、溶剂、表面活化的光纤吸收材料加入高压密闭反应釜中，抽真空然后在惰性气体的保护下持续搅拌加热升温至第一设定温度，所述第一设定温度比高分子树脂溶解温度高10-50℃，保温1-120min，然后降温至第二设定温度，所述第二设定温度比高分子树脂析出温度低5-20℃；