[发明专利]用于选择性激光烧结（SLS）的热塑性聚合物粉末

说明书

本发明涉及热塑性聚合物粉末及其作为选择性激光烧结(SLS)材料的用途。聚合物粉末含有部分结晶聚合物，无定形聚合物和相容剂，以及任选的其它添加剂和/或辅助物质，其中部分结晶聚合物，无定形聚合物和相容剂是聚合物共混物的形式存在。本发明还涉及一种制备热塑性聚合物粉末的方法和一种选择性激光烧结(SLS)的方法。

发明描述

本发明涉及热塑性聚合物粉末及其作为选择性激光烧结(SLS)材料的用途。该聚合物粉末包含半结晶聚合物，无定形聚合物和增容剂，以及任选的其他添加剂和/或助剂。所述聚合物粉末中，半结晶聚合物，无定形聚合物和增容剂以聚合物共混物的形式存在。本发明还涉及一种聚合物粉末的制备方法以及使用本发明聚合物粉末进行选择性激光烧结(SLS)的方法。

选择性激光烧结(SLS)工艺是所谓的增材制造工艺(AM)。诸如选择性激光烧结(SLS)和熔融沉积建模(FDM)的增材制造工艺的特征特别在于，其不需要模具来制造部件。增材制造工艺通常用于生产少量的部件，例如原型，模版和模型(为表达“快速原型制作”的术语)。

选择性激光烧结(SLS)是一种粉末床(powder-bed process)方法，其中在构造室中提供聚合物粉末的薄层，其厚度通常为约100μm，并借助于激光束使其以局部方式熔化。在相关方法中，熔化可以通过红外辐射或通过UV辐射(例如UVLED)实现。粉末颗粒的逐层熔化和硬化(烧结)，通过粘合各个层产生出部件。选择性激光烧结的方法和合适的聚合物粉末描述于Schmid，M.的《选择性激光烧结(SLS)与塑料》中(Selektives Laserintern(SLS)mit Kunststoffen)(Carl Hanser Verlag，Munich，2015)。

SLS过程通常在加热的构造室中进行。在通常的程序中，在构造室中施加粉末层之后(例如通过刮刀或辊子)，使用激光束照射在需要熔化的位置以引入能量。通常使用CO₂激光器，或Nd:YAG激光器或光纤激光器。理想的情况是，一处颗粒的熔化不伴随的相邻聚合物颗粒的熔化。在聚合物颗粒局部熔化后，聚合物材料重新固化并形成所需部件的一部分。

在一组分层完全熔化并随后再固化之后，通常将构造室降低，施加一层新的粉末层，并重复上述构造过程。因此，可以通过重复施加新层和选择性熔化逐层以生产所需的部件。在构造过程结束，构造室冷却后，通常要从部件中除去未熔化的粉末。

原则上，选择性激光烧结可以使用半结晶或无定形聚合物。用于SLS的聚合物优选半结晶，因为它们具有确定的熔点或熔化范围，因此可以构造具有令人满意的机械性能的部件。然而，也可以使用无定形聚合物，但是无定形聚合物通常得到的不是致密烧结的部件，而是多孔的，因为无定形聚合物没有确定的熔点，而是具有玻璃化转变温度和软化范围。由无定形聚合物制成的部件，例如由无定形聚苯乙烯制成的部件通常是多孔的，机械强度不令人满意，因此主要用作铸造图案版(patterns)。

SLS主要使用聚酰胺(PA)，但也可以选择性激光烧结(SLS)通过加工聚丙烯(PP)，聚甲醛(POM)，聚丙交酯(PLA)或聚苯乙烯(PS)来产生所需的部件。使用各种聚合物的SLS方法描述于WO 96/06881中，其目的是尽可能地产生致密的部件。

用于SLS的聚合物粉末具有特殊要求，其首先针对聚合物的性质(例如机械和光学性质，以及聚合物熔体的性能)，其次针对聚合物粉末的性质(例如粒度，粒度分布和流动性)。

用于SLS的聚合物粉末的平均粒度(粒径)必须小于施加在构造室中的层厚度，通常低于200μm，优选低于100μm。此外，聚合物粉末的粒度分布如果均匀且不过宽，则通常有利于部件的质量。特别是，在SLS中使用聚合物粉末的决定性因素是能够以令人满意和均匀的方式施加各个聚合物粉末层。

另一个重要因素是所用的聚合物粉末具有良好压实性，从而可以生产出具有高密度和良好机械性能的部件。特别地，粒度和粒度分布是实现具有最佳分辨率部件结构的决定性因素。