[发明专利]一种3D打印用高分子聚合物粉末材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于先进快速制造中的材料制备领域，具体涉及一种3D打印用高分子聚合物粉末材料的制备方法。通过尼龙覆膜表面改性的高分子粉末材料，尤其适应于激光选区烧结（Slective Laser Sinter，SLS）快速制造高分子件。

技术背景

部分高分子聚合物材料（聚醚醚酮，聚酰亚胺等）作为一种重要的结构材料，具有较高强度、较高硬度、耐磨损、耐腐蚀等优点，在航空航天、生物医学等诸多领域都有着广泛的应用。然而对于形状复杂的高分子件，则需要通过复杂的模具来使其成形。但是，复杂的模具需要较高的制造成本与较长的制造周期，同时，模具一旦制造完成，就无法再对高分子件产品的尺寸、形貌以及其他参数进行修改，并且制约了原型件以及小批量的高分子件的生产。在市场竞争日趋激烈，产品更新速速日益加快的今天，这种生产状况已经越来越不能适应现代企业的生存以及发展的需要。

激光选区烧结（SLS）是快速成形技术（Rapid Prototyping，RP）的一种，该技术是采用固体粉末（如聚合物、陶瓷、金属粉末等）作为成形材料，先由CAD三维造型软件设计出所需零件的计算机三维实体模型，然后按工艺要求将其按一定厚度分解成一系列二维截面，即把原来的三维立体信息变成二维平面信息，利用计算机控制激光逐层烧结，逐层叠加，最终形成了所需要的原型或零件。利用SLS实现复杂形状高分子功能件的快速制造，不受到零件复杂程度的限制，制造效率高、成本低。因而，具有广阔的应用前景，但同时也是国内外研究的热点与难点。

部分高分子聚合物材料（聚醚醚酮，聚酰亚胺等）的烧结温度很高，很难用激光直接烧结成形。一般先要制备聚合物/粘结剂复合粉末材料，在SLS的过程中，利用激光束，将融化或软化的粘结剂与高分子聚合物粘结在一起，从而形成初始形坯，再经过一系列的后处理工艺，可以得到具有一定性能的高分子功能件。在SLS成形的过程中，常用的粘结剂有聚合物粘结剂、无机粘结剂、高分子粘结剂等。而以聚合物为粘结剂的SLS制造陶瓷件的方法，具有成形过程易于控制，激光器功率小，成本低等优点，成为目前应用较为广泛的SLS制造陶瓷件的方法。

在以聚合物为粘结剂的SLS制造高分子功能件的过程中，高分子聚合物粉末/聚合物粘结剂复合粉末材料对SLS制件的初始形坯的强度、致密度、精度以及最终的高分子功能件性能产生决定性的影响。但是，目前高分子聚合物粉末/聚合物粘结剂复合粉末材料主要存在以下问题：

（1）目前选用的聚合物粘接剂性能不佳，加入量较多（体积含量通常在20%左右），而大量的聚合物粘接剂会对后处理及高分子功能件的最终性能产生非常不利的影响。因而，寻找合适的聚合物粘接剂，降低粘接剂的加入量是当前SLS研究中的主要问题之一。

（2）常用的粘接剂添加方式有两种：混合法和覆膜法，混合法即是通过混合设备将粘接剂粉末同高分子粉末简单混合，而覆膜法则是通过某种特殊工艺，将聚合物粘接剂包覆在高分子粉末颗粒外表面，形成覆膜粉。在粘接剂含量相同时，覆膜粉初始形坯的强度和精度均高于混合粉末的初始形坯。而目前覆膜粉的制备工艺比较复杂，对设备要求很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印用高分子聚合物粉末材料的制备方法。该方法工艺简单，生产成本相对较低，对设备的要求低。经过表面改性后的高分子聚合物粉末材料具有优良的烧结性能、粘结剂含量少、流动性好的特点。

本发明提供的高分子聚合物粉末材料的表面改性方法，其步骤包括：

（1）将高分子粘结剂末、尼龙树脂、乙醇和抗氧化剂按下述比例加入到密闭容器中，抽真空，通惰性气体保护，其中，

尼龙树脂的用量为：每100克高分子聚合物粉末，尼龙树脂的用量为3～5克；

乙醇溶剂的用量为：每100克高分子聚合物粉末，乙醇溶剂的用量为500～1500克；

抗氧化剂的用量为：每100高分子聚合物粉末，抗氧化剂的量为：0.1克～0.5克；抗氧化剂由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂组成，其中受阻酚类抗氧剂的质量百分比为60～80％，其余为亚磷酸酯类抗氧剂；

（2）以1～2℃/min的速度，将上述混合物料逐渐升温到140～150℃，使尼龙树脂完全溶解于溶剂中，再保温保压1h～2h；

（3）在快速搅拌下，以2～4℃/min逐渐冷却至室温，形成尼龙覆膜高分子聚合物粉末悬浮液；

（4）进行减压蒸馏，对已冷却的悬浮液进行固-液分离，得到尼龙树脂与高分子聚合物粉末聚集体；