[发明专利]一种激光烧结3D打印快速成型氮化硅粉末材料的制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于激光烧结3D打印制造技术粉末成型材料的制备方法，属于快速成型的材料领域，特别涉及一种激光烧结3D打印快速成型氮化硅粉末材料的制备及应用。

背景技术

3D打印（3D printing），是一种以数字模型文件为基础，运用流体状、粉末状、丝（棒）状等可固化、粘合、熔合材料，通过逐层固化、粘合、熔合的方式来构造物体的技术。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印技术称为 3D立体打印技术。传统制造业一般需要对原材料进行切割或钻孔，即减材制造，可大规模生产；  3D打印是将材料一层层堆叠粘合、熔合，即增材制造；可实现快速个性化制造，可制造出传统制造业无法完成的形状。

在现有的成型材料领域中，由于SLS(选择性激光烧结)快速成型技术具有原料来源多样和零件的构建时间较短等优点，故在快速成型领域有着较广泛的应用。中国发明专利CN1379061A中公开了一种用于激光烧结成型制品的尼龙粉末材料，通过化学合成和工艺的改进，对尼龙粉末材料的表面进行处理，得到了烧结性能优良，成型制品强度高，韧性好的产品，简化了激光烧结尼龙材料的制备工艺，降低了成本。

激光烧结属于增材制造的一种方法。这种工艺也是以激光器为能量源，通过激光束使塑料、蜡、陶瓷、金属或其复合物的粉末均匀地烧结在加工平面上。在工作台上均匀铺上一层很薄（亚毫米级）的粉末作为原料，激光束在计算机的控制下，通过扫描器以一定的速度和能量密度按分层面的二维数据扫描。经过激光束扫描后，相应位置的粉末就烧结成一定厚度的实体片层，未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。这一层扫描完毕后，随后需要对下一层进行扫描。先根据物体截层厚度即分层层厚而降低工作台，铺粉滚筒再一次将粉末铺平，可以开始新一层的扫描。如此反复，直至扫描完所有层面。去掉多余粉末，并经过后处理，即可获得产品。

目前国内对于新型激光烧结快速成型材料的研究虽然很多，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，也没有生产专门的快速成型材料制造商。这种情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、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。

氮化硅陶瓷的耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系数小，耐高温，密度低等优点，无论作为结构材料还是功能材料都具有应用前景，近年来受到越来越多的关注。氮化硅陶瓷在石油、化工、微电子、航天、航空、造纸、激光、汽车、矿业及原子能等工业领域获得了广泛的应用。目前氮化硅陶瓷的制备方法主要有：粉末压制烧结法、溶胶凝胶法和反应烧结法等，采用上述方法制备氮化硅构件时，需先根据构件的形状制备具有相应形状的模具，若构件的形状稍有变化，就需要重新制备模具或需要对试样进行机械加工，因而加大了制备成本。由于受到模具的限制上述方法常用来制备形状简单的构件。

本发明通过对氮化硅粉末材料进行表面涂层改性，将高分子的胶粘剂涂层到超细氮化硅陶瓷粉末材料表面，得到的涂层后氮化硅陶瓷粉末材料可以直接采用激光烧结快速成型。该粉末可达到微米级甚至亚微米级，而且粒径均一的粉末材料。该材料可以方便快捷地成形精密、异型、复杂的部件，不需要喷洒粘接剂，大大简化才做程序。使薄壁微小零件的成型在3D快速成型机上的实现成为可能；此外，本专利提供的方法简单，成本低。

发明内容

本发明的目是提供一种激光烧结3D打印快速成型氮化硅粉末材料的制备方法，快速成型粉末不需要喷洒粘结剂可直接激光扫描成型；

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种激光烧结3D打印快速成型氮化硅粉末材料的制备方法，特征在于该方法具有以下工艺步骤：