[发明专利]一种适用于选区激光烧结工艺的复合蜡粉材料

说明书

本发明公开了一种适用于选区激光烧结工艺的复合蜡粉材料，由100质量份聚乙烯蜡、6～8质量份POE弹性体、10～15质量份EVA3蜡粉、0.3～0.4质量份炭黑、0.8～1质量份改性气相氧化铝和0.5～1质量份阴离子表面活性剂组成。本发明制备的复合蜡粉材料可以显著改善材料的流动性，减小熔体粘度，提高烧结件的力学性能，以其选区激光烧结制备的成型件平整度良好，拉伸强度和抗弯强度都有明显提升。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，涉及一种适用于选区激光烧结工艺的复合蜡粉材料，以及该复合蜡粉材料的制备方法。

背景技术

3D打印是制造业领域迅猛发展的一项新技术，其以计算机三维设计软件为基础进行分层离散，通过特定的设备将粉末材料、液体、丝化的固体材料进行逐层堆积粘结，最终叠加成型出实体产品。

选区激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)是典型的3D打印技术之一，该方法制造工艺简单，材料选择范围广，成本较低，成型速度快，主要应用于快速熔模制造和快速模具制造。

聚苯乙烯(PS)是目前市场上广泛使用的一种SLS基体材料，其价格便宜，烧结制造出的模具成型精度高。但其在实际使用过程中存在的不足是，将PS粉制作的模具用于熔模铸造时，不能通过熔化流失，必须要经过高温烧失。高温烧失不仅会产生大量有毒有害的烟尘，还会在型壳内形成积炭等灰分残留，引发型壳胀裂，造成铸件的质量问题。

复合蜡粉是近年来新型的一种SLS材料，具有灰分少，易脱蜡，韧性好，对环境友好等特点，但其硬度较差，烧结成型工艺不易控制。

左堂海等(新型复合蜡粉激光选区烧结成形工艺研究[J]. 热加工工艺, 2008,37(19):13-16.)以北京通信科达中心研制的淡蓝色新型复合蜡粉为对象，研究了烧结工艺参数对复合蜡粉烧结件性能的影响，并在保证烧结件具有足够强度和较好的边界形貌下，确定了最优工艺。但其烧结件在最优工艺下的拉伸强度也仅为3～4MPa左右。

石琴(选择性激光烧结用复合蜡粉的制备与成型工艺研究[D]. 中北大学,2014.)提供了一种由环球软化点约为90℃的中分子量聚乙烯蜡与环球软化点约为70℃的低分子量聚乙烯蜡组成的双组份蜡料，并研究了双组份蜡料对SLS成型件的收缩影响，以及填料在双组份蜡料烧结过程中的作用，认为光吸收剂能够增加蜡料对激光能量的吸收，提高激光利用率，而炭黑则是最佳的光吸收剂。但是，由于炭黑在双组份蜡料中的分散性不佳，并不能起到很好的激光吸收作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种流动性好、力学性能优越，无毒无害的适用于选区激光烧结工艺的复合蜡粉材料，以及该复合蜡粉材料的制备方法。

本发明所述的适用于选区激光烧结工艺的复合蜡粉材料是由100质量份聚乙烯蜡、6～8质量份POE弹性体、10～15质量份EVA3蜡粉、0.3～0.4质量份炭黑、0.8～1质量份改性气相氧化铝和0.5～1质量份阴离子表面活性剂混合组成的。

其中，所述的改性气相氧化铝是利用钛酸酯偶联剂对气相氧化铝进行改性后得到的改性气相氧化铝。

本发明优选使用数均分子量为1500～2500的聚乙烯蜡。

所述的POE弹性体(聚烯烃弹性体)是指乙烯与高碳α-烯烃的无规共聚物弹性体。由于其具有一定的结晶度，相对分子质量分布较窄，并具有一定的流变性能、力学性能、低温韧性，以及与聚烯烃具有较好的亲和性等优点，得到了广泛的应用。以一定量的POE弹性体与聚乙烯蜡混合得到的复合蜡粉材料，可以提高成型材料熔体的流变性能，使激光烧结成型更为容易，从而增加烧结件的抗冲击韧性，提高烧结件的拉伸强度和抗弯强度。

本发明在所述复合蜡粉材料中添加了一定量的EVA3蜡粉。EVA3蜡粉是一种极性蜡粉，其对炭黑具有极佳的分散性，是炭黑的优良分散剂，能够使炭黑在聚乙烯蜡中分散均匀，从而提高炭黑作为光吸收剂对激光能量的吸收利用率。