[发明专利]一种超高分子量聚乙烯的选区激光烧结成型方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印成型技术领域，特别是涉及一种超高分子量聚乙烯的选区激光烧结成型方法。

背景技术

选区激光烧结(SelectiveLaserSintering，简称SLS，又称为选择性激光烧结)作为3D打印主流技术之一，最早由美国德克萨斯州大学的CarlDeckard博士在80年代中期发明并申请专利，后由DTM公司(3DSystems收购)商业化。SLS以粉体材料为原料，以激光为热源，采用分层-叠加原理直接从CAD模型制造三维实体。该项技术的工艺参数主要有：激光功率、扫描速度和间距、预热温度和层厚。SLS优势在于原材料选择广泛，可以是高分子、陶瓷、砂等各种粉体材料。相比其他3D打印技术(如SLA、FDM等)，前期图形处理时需要添加的支撑较少，制件加工完成后的后期处理相对简便，所得制件的力学强度高。

超高分子量聚乙烯(Ultra-HighMolecularWeightPolyethylene，简称UHMWPE)是一种线性热塑性结晶高分子，分子结构与普通聚乙烯无异，但由于分子量高(粘均分子量>100万)，其具有其他塑料无法比拟的耐冲击性、耐磨损、耐化学腐蚀、耐低温性、耐应力开裂、抗粘附能力、优良绝缘性、安全卫生及自身润滑性等性能。由于UHMWPE具有十分优越的物理、化学、机械性能，在各行业都受到了广泛的应用，如作为矿业行业中的衬里材料，机械行业中的齿轮、轴瓦等。UHMWPE同样在医学上也获得了大量应用，目前主要集中在关节替代材料、组织支架、输血泵、包装袋等医用材料中。由于其对生物无毒性，UHMWPE已经获得美国FDA批准用于人体生物材料。

然而，UHMWPE在医疗上虽有应用，但多是采取传统的模具法生产的标准件，用UHMWPE制备个性化医疗件现有技术中并未涉及。

发明内容

为了弥补上述现有技术的不足，本发明提出一种超高分子量聚乙烯的选区激光烧结成型方法。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种超高分子量聚乙烯的选区激光烧结成型方法，包括如下步骤：

(1)将超高分子量聚乙烯粉体在选区激光烧结成型设备中加热到预热温度；

(2)采用预定的激光扫描速度和输出功率使所述超高分子量聚乙烯粉体在选区激光烧结成型设备中成型，得到成型件；

(3)取出所述成型件，在110～130℃的温度下保温8～12h，之后冷却得到超高分子量聚乙烯的成型制件。

优选地，在步骤(2)中，所述预定的激光扫描速度和输出功率由以下公式确定：v＝kα，其中：α表示激光输出功率比例，0＜α≤1，α＝激光器的实际输出功率/激光器的最大功率；ν表示激光扫描速度；k的取值范围是2～6。

优选地，k由下方公式确定：

k=K·PmaxΔT·c·ρ·D·s]]>

其中：

ΔT表示激光熔融加工温度与预热温度的温差；

c表示超高分子量聚乙烯粉体的比热容；

K表示超高分子量聚乙烯粉体的激光吸收率；

P_max表示激光器的最大功率；

ρ表示超高分子量聚乙烯粉体的密度；

D表示激光的光斑直径；

s表示激光透射超高分子量聚乙烯粉体的厚度。

优选地，所述超高分子量聚乙烯粉体的平均分子量为200～400万，粒径为30～60μm。

优选地，所述步骤(1)中的所述预热温度是130～150℃。

优选地，所述选区激光烧结成型设备中的加热灯管采用双层布置，如下：