[发明专利]一种用于3D打印的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）粉料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是一种丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)材料及其制备方法，特别涉及一种用于3D打印的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)材料及其制备方法。

背景技术

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)具有较好的力学综合性能，并拥有耐腐蚀、塑性好、成形加工灵活、成本低等优越性。在汽车工业、电子电器部件、纺织器具等方面有广泛的应用。但由于受到原料组分、聚合工艺等诸多局限，其在耐热稳定性、耐冲击强度、低温韧性、加工流动性等方面不能满足要求，尤其是在一些高端材料应用方面存在加工性能与材料性能的限制。

3D打印又称“快速成形技术”、“快速原型制造技术”(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)，上世纪80年代开始兴起，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型的方法。这种方法有诸多优点，其制造快速，可完全再现三维效果，使产品设计和模具生产同步进行，实现设计制造一体化，同时其用料广泛，各类3D打印机设备上所使用的材料种类有：树脂、尼龙、塑料、石蜡、纸以及金属或陶瓷的粉末等。

目前成熟的3D打印技术有熔融层积成型技术，即FDM(Fused Deposition Modeling)材料，可打印的材料是尼龙和ABS，如美国STRATASYS公司已经推出了商业化的ABS的3D打印机，其所采用的就是该技术。选区激光烧结(SLS)是集CAD/CAM、数字控制技术、快速成型技术于一体的先进制造技术，与上述FDM工艺相比其本身具有加工成本低、时间短的特点，在作为传出加工方法重要补充的同时，利用3D打印成形技术对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)粉末材料进行加工，可以免除传统加工过程中对材料本身熔体流动性、浆固性能方面的约束，因而可以增强工艺制造能力，保证材料本身性能的要求，如高胶含量带来的低温韧性，加入新单体共来的耐高温性能等。

通常SLS技术及设备采用发射聚焦于目标区域的能量的激光。在生产部件的目标区域内在由激光所发射的能量的作用下部分熔融或软化的粉末材料。操作时粉末所接受照射的激光能量的数量应足以快速形成部件薄片，因而在实施激光照射前必须将目标化境进行加热，将粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平；激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉末，则可以得到一烧结好的零件。

具体地，SLS设备包括一种在将粉末层暴露于激光能量之前在目标表面上沉积一层光滑、水平的粉末材料的装置。通过一个连接CAD/CAM系统的操纵光进行扫描以形成部件“薄片”的计算机来控制激光能量发射并局限于所选择的目标区域部分。在粉末材料照射形成部件的第一层“薄片”后，将粉末材料的第二层沉积于目标区域内。由CAD/CAM程序所操纵的激光重新扫描目标区域中仅暴露的部分，得到部件的第二层“薄片”。不断重复该方法直到部件“一片接一片”地逐渐累积形成完整的部件。

由于可烧结粉末的各种性能在确保选择性激光烧结法存在一个操作窗口中具有举足轻重的作用。也就是说，在某种程度的高温下使聚合物颗粒发生软化的现象减少至最低限度，使得粉末可保存于受热的目标环境中而又不引发颗粒发生熔融现象，直至后来由扫描的激光束将能量快速集中提供给受热的颗粒。

由于SLS成型方法有着制造工艺简单，柔性度高、材料选择范围广、材料价格便宜，成本低、材料利用率高，成型速度快等特点，针对以上特点SLS法主要应用于铸造业，并且可以用来直接制作快速模具。

目前丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)制备工艺多采取掺混法或连续本体法。掺混法工艺生产稳定，产品丰富，但其流程复杂，需要两套不同的工艺流程，能耗高，废水污染大；而连续本体法在成本、环保方面均为最佳，其主要缺点在于产品范围较窄，生产的产品性能有局限性，如不能生产高胶含量在20％以上的产品。现有用于3D打印工艺的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)粉末由上述产品深冷粉碎制得，所制备的产品种类、性能有限且颗粒不规则，粒径分布不一，这些都会影响3D打印成形部件的性能。如：采用选区激光烧结(SLS)技术加工丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)时，所用粉体材料的粒径在1-100um之间，其颗粒均匀性对加工部件力学均匀性、稳定性。

发明内容