[发明专利]用于选择性激光烧结成形的覆膜砂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新型材料领域，具体涉及一种用于选择性激光烧结(SLS)成 形的覆膜砂及其制备方法。

技术背景

SLS技术是一种用激光作为热源来烧结粉末材料成形的快速成形技术 (rapid prototyping，RP)，它采用离散、堆积成型的原理，借助于计算机辅助 设计与制造，在无需任何工装模具的情况下，将固体粉末材料直接成形为三维 实体零件，不受成形件复杂度的影响。

SLS技术可以直接制备用于铸造的砂型(芯)，从零件图纸到铸型(芯)的工 艺设计、铸型(芯)的三维实体造型等都是由计算机完成。特别是对于一些空间 的曲面或流道，用传统方法成形十分困难，若用SLS技术，则这一过程就会变 得十分简单，因为它不受零件复杂程度的限制。传统成形方法制备大尺寸砂型 (芯)时，常将砂型分成几块，然后分别制备，并且将砂芯分别拔出后进行组 装，因而需要考虑装配定位和精度问题。而用SLS技术可实现砂型(芯)的整 体成形，不仅简化了分离模块的过程，铸件的精度也得以提高。因此，用SLS 技术成形砂型(芯)的在铸造领域中有着广阔的前景。

目前，用于SLS成形的覆膜砂均为传统铸造工艺用酚醛树脂覆膜砂，现有 技术中已公开了此类覆膜砂的制备工艺。如中国发明专利“一种覆膜砂配制工 艺”(专利号：93116639.X)中公开了一种覆膜砂的制备工艺，该工艺中，不 仅加入了原砂、粘接剂和固化剂，还加入一定量的酸性水溶液、增塑剂或偶联 剂等；中国发明专利“耐高温覆膜砂制备工艺”(专利号：00108082.2)中公 开了一种耐高温覆膜砂制备工艺，该工艺简化了耐高温覆膜砂的制备工艺。

然而，现有的酚醛树脂覆膜砂及其制备工艺都是针对传统成形方法而开发 的，而不是针对SLS成形技术开发的。存在的问题是：现有酚醛树脂覆膜砂的 SLS成形件(后固化前)的强度偏低，一些精细结构在清粉、转移等后处理工 序中容易损坏，而且大尺寸成形件更容易断裂。造成酚醛树脂覆膜砂的SLS成 形件强度偏低的主要原因为：与传统加热固化成形不同，激光扫描成形时光束 照射加热的时间非常短，而覆膜砂的热传导系数又较小，这就造成在单层内的 一些区域以及层与层结合区域酚醛树脂没有固化交联，砂颗粒仅是靠酚醛树脂 软化而粘接，然而酚醛树脂和砂的界面结合较差，这就造成其SLS成形件(后 固化前)的强度偏低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于选择性激光烧结成形的覆膜砂，其SLS 成形件的强度较高，可用于成形大尺寸及具有精细结构的铸造用砂型(芯)； 本发明还提供了该覆膜砂的制备方法。

本发明提供的一种用于选择性激光烧结成形的覆膜砂，其特征在于，该覆 膜砂包括原砂、复合粘接剂、固化剂、润滑剂以及光吸收剂；

所述粘接剂为酚醛树脂和环氧树脂构成的复合粘接剂，加入量与原砂的比 例按质量分数计为2-3∶100；复合粘接剂的组成为：酚醛树脂的质量百分比为 50-75％，其余为环氧树脂；

所述固化剂为六亚甲基四胺，其加入量与粘接剂的比例按质量分数计为 10-15∶100；

所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙或硬脂酸锂，其加入量与粘接剂的比例 按质量分数计为3-7∶100；

所述光吸收剂为炭黑，炭黑的平均粒径为50～100nm，其加入量与粘接剂 的比例按质量分数计为0.5-1∶100。

上述覆膜砂的制备方法，其过程为：

(1)将环氧树脂冷却到-140～-150℃，将其进行粉碎加工成粉末；

(2)将步骤(1)得到的粉末筛分，得到粒径分布在10～50μm间的环氧树 脂粉末；

(3)利用所述原砂，酚醛树脂，固化剂和润滑剂制备酚醛树脂覆膜砂；

(4)将炭黑和步骤(2)得到的环氧树脂粉末加入到步骤(3)中制备的 酚醛树脂覆膜砂中，混合均匀。

与现有技术相比，本发明在常规的酚醛树脂覆膜砂中加入了环氧树脂及炭 黑粉末，形成了用于选择性激光烧结成形的新型覆膜砂。环氧树脂中含有比酚 醛树脂更多的极性基团，与原砂的界面粘接好于酚醛树脂，而且环氧树脂的活 性高于酚醛树脂，因此在激光的作用下可以形成更多的固化粘接；加入的炭黑 为光吸收剂，可以增加材料对激光的吸收率。因此本发明覆膜砂的SLS成形 件强度明显高于传统单纯的酚醛树脂覆膜砂，可用于SLS成形大尺寸及具有 精细结构的铸造用砂型(芯)。

具体实施方式