[发明专利]基于聚碳酸酯粉末的激光烧结快速成型材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于聚碳酸酯粉末的混配材料，特别是涉及一种用于激光烧结快速成型的聚碳酸酯粉末材料。

背景技术

目前国内对于新型激光烧结快速成型材料的研究虽然较多，但大多局限在对已有材料的成型工艺、制件性能进行研究，且所制坯件的精度、强度和耐久性等还远远不能满足功能件的要求，也没有产生专门的快速成型材料制造商。这种状况不仅影响激光烧结快速成型材料或成型制件的质量，而且还不利于激光烧结快速成型技术的产业化推广。开发容易成型、变形小、强度高、无污染、成本低的新型材料已成为激光烧结快速成型技术首要解决的问题。

聚碳酸酯(PC)是一种综合性能优良的工程塑料，也是研究报道较多的一种激光烧结高分子材料，其成型件强度高、表面质量好，主要用于制造熔模铸造、航空、医疗、汽车工业的金属零件用消失模以及制作各行业通用的塑料模。1993年美国DTC公司的P.P.Denucci将PC粉末用作激光烧结材料，发现PC粉末在快速制作薄壁和精密零件、复杂零件、需要耐高低温的零件方面与熔模铸造用蜡相比，具有很大的优势，但是制成的烧结件无论在精度、表面粗糙度还是成型性能(比如在激光烧结过程中的翘曲变形)方面都存在很多问题。华中科技大学的汪艳等人以国产PC粉末为烧结材料，研究了PC粉末烧结工艺和烧结件性能，在材料制备上将PC粉末与复合抗氧剂于高速混合机中混合均匀制得粉末烧结材料，烧结件的拉伸强度最大可以达到2.29Mpa，但是仍然无法解决在激光烧结过程中出现的严重烧结变形问题。

翘曲变形是由收缩引起的，严重的不均匀收缩表现出来就是翘曲。翘曲产生的根本原因是由烧结过程中的不均匀加热和聚碳酸酯材料的状态变化决定的。烧结过程中的不均匀加热来源于两个方面：分层烧结和激光能量密度的高斯分布模型。一方面，选区激光烧结时，尽管粉末间的空隙有利于激光向下传播，但激光能量仍会随透射深度的增加发生衰减，使得在每一实际烧结层内，不同高度处获得不同的能量，成型面上表面获得的能量大，而下表面获得的能量少。并且由于聚碳酸酯粉末和粉末空隙中的空气都是热的不良导体，因此烧结区域的大部分散热通过上表面辐射和空气对流进行，这样就使得上面部分散热快，由温度引起的收缩大，下部散热慢，收缩小，层内产生收缩应力。在收缩应力下，上部位受收缩压力趋于致密，而下部位受拉伸张力，趋于扩大，成型面呈现出中间凹陷，边界翘曲的现象。另一方面，在凹面镜构成的稳定腔中产生激光束既不是均匀平面光波，也不是均匀球面光波，而是一种高斯光束。其能量是绕z轴对称分布的，并且激光束光斑中心的能量最强，向外逐渐减弱，能量成螺旋线的能量递减，其空间图像类似于陀螺，因此在光斑范围内，不同位置的辐射能量不同，并且粉层的下部分获得的能量比上部分获得的能量要少得多，这种不均匀造成烧结层产生很大的温差，加剧层内应力。

由于上述聚碳酸酯激光烧结粉末材料均有烧结变形严重、力学性能较低的缺点，致使聚碳酸酯激光烧结粉末材料无法在激光烧结快速成型领域体现它的优良性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于聚碳酸酯粉末的激光烧结快速成型材料，采用本发明的成型材料通过激光烧结成型后的制件强度高，激光烧结过程中变形小，在制作薄壁、复杂功能件方面应用广泛。

本发明的目的还在于提供一种该激光烧结快速成型材料的制备方法。

本发明的基于聚碳酸酯粉末的激光烧结快速成型材料是以下述重量份数的组分为原料：

聚碳酸酯                 1000

苯乙烯类增韧剂           50～100

ABS树脂                  20～50

苯乙烯/马来酸酐共聚物    5～10

ABS接枝共聚物            0.5～3

磺酸类表面活性剂         1～5

二苯甲酮类光吸收剂       1～5

硅烷类偶联剂             0.5～3

纳米碳化硅粉             0.5～5

非离子型抗静电剂         1～3

无机类填料               50～100

并按照以下步骤制备得到的：

a)、将干燥的聚碳酸酯、苯乙烯类增韧剂、ABS树脂与苯乙烯/马来酸酐共聚物、ABS接枝共聚物混合造粒，于-150～-200℃低温粉碎成聚碳酸酯粉末材料；

b)、将磺酸类表面活性剂和硅烷类偶联剂溶于无水乙醇中，均匀喷洒到聚碳酸酯粉末材料表面，除去无水乙醇制成基料；