[发明专利]一种以糖为胶粘剂制备激光烧结3D打印覆膜砂的方法

说明书

本发明公开了一种以糖为胶粘剂制备激光烧结3D打印覆膜砂的方法，其特征在于，首先将宝珠砂用水清洗后，浸泡在质量百分浓度为5~6%的十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中，室温放置48h，固液分离，干燥，得到预处理宝珠砂；然后，在反应器中，按质量百分浓度加入，水：38%~44%，白糖：2%~6%，预处理宝珠砂：52%~56%，二亚乙基三胺：0.2%~1.0%，聚乙二醇：0.2%~2.0%，各组分之和为百分之百，强力搅拌，温度升至160~170℃，直至水分蒸发完毕，研磨，过120目筛，得到激光烧结3D打印覆膜砂。该覆膜砂采用激光烧结可直接成型，流动性好，成型精度高，而且具有工艺简单，生产成本低，易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种激光烧结3D打印快速成型粉体材料的制备方法，属于快速成型的材料领域，特别涉及一种以糖为胶粘剂制备激光烧结3D打印覆膜砂的方法及激光烧结3D打印成型。

背景技术

糖是由甘蔗和甜菜榨出的糖蜜制成的精糖，是由葡萄糖及果糖各一个分子脱水缩合而成的非还原性的双糖，加热至160℃，便熔化成为浓稠透明的液体，冷却时又重新结晶。加热时间延长，蔗糖即分解为葡萄糖及脱水果糖。在190～220℃的较高温度下，蔗糖便脱水缩合成为焦糖。焦糖具有很强的粘结作用，可以使粉体粘结在一起，起到粘结剂的作用。采用糖作为胶粘剂代替化学胶粘剂，减少环境污染问题。

宝珠砂又名电熔陶粒，是石英砂的高级替代品。石英砂的优点是分布广泛，成本低廉；但其缺点也相当明显：一是膨胀系数大，铸件精度低；二是铸件表面粘砂严重，清砂困难。究其因，是石英在不同的温度下会有多种同质异晶体生成，体积变化大；受耐火度(石英砂的耐火度在1400～1700℃之间)的限制，铸件局部(孔、槽、及热节集中的部位)粘砂严重，清理十分困难。上述缺点在大型铸钢件的生产中尤为严重。宝珠砂能克服这些缺点，从而大大提高了铸件的质量。宝珠砂是以优质铝钒土为原料，经煅烧、电熔、造粒、分筛等工艺而制成的。

覆膜砂(coated sand)。砂粒表面在造型前即覆有一层固体树脂膜的型砂或芯砂。有冷法和热法两种覆膜工艺：冷法用乙醇将树脂溶解，并在混砂过程中加入乌洛托品，使二者包覆在砂粒表面，乙醇挥发，得覆膜砂；热法把砂预热到一定温度，加树脂使其熔融，搅拌使树脂包覆在砂粒表面，加乌洛托品水溶液及润滑剂，冷却、破碎、筛分得覆膜砂。用于铸钢件、铸铁件。覆膜砂是由德国克洛宁博士于二次大战期间发明的，其工艺过程是将粉状的热固性酚醛树脂与宝珠砂机械混合，加热时固化。后发展成用热塑性酚醛树脂加潜伏性固化剂(乌洛托品)和润滑剂通过一定的覆膜工艺配制成覆膜砂，当覆膜砂受热时包覆在砂粒表面的树脂熔融，在乌洛托品分解出的亚甲基的作用下，熔融的树脂由线性结构迅速转变成不熔融的体型结构，从而使覆膜砂固化成型。

激光烧结3D打印属于增材制造的一种方法。这种工艺也是以激光器为能量源，通过激光束使塑料、蜡、陶瓷、金属或其复合物的粉末均匀地烧结在加工平面上。在工作台上均匀铺上一层很薄的粉末作为原料，激光束在计算机的控制下，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。这一层扫描完毕后，随后需要对下一层进行扫描。先根据物体截层厚度即分层层厚而降低工作台，铺粉滚筒再一次将粉末铺平，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，并经过后处理，即可获得产品。

在现有的成型材料领域中，由于SLS快速成型技术具有原料来源多样和零件的构建时间较短等优点，故在快速成型领域有着较广泛的应用。但大部分是有机材料和复合材料，中国发明专利CN1379061A中公开了一种用于激光烧结成型制品的尼龙粉末材料，通过化学合成和工艺的改进，对尼龙粉末材料的表面进行处理，得到了烧结性能优良，成型制品强度高，韧性好的产品，简化了激光烧结尼龙材料的制备工艺，降低了成本；中国发明专利CN103881371中公开了一种激光烧结3D制造技术用石塑复合粉末及其制备方法。