[发明专利]一种用于选择性激光烧结的降低材料各向异性的尼龙碳纤维复合粉末及其制备方法

说明书

本发明属于选择性激光烧结3D打印领域，涉及是一种用于选择性激光烧结的降低材料各向异性的尼龙碳纤维复合粉末及其制备方法；包括碳纤维晶核，所述碳纤维晶核的外表面包覆有尼龙层，所述碳纤维晶核的直径为5‑20μm，所述碳纤维晶核的长度为40‑120μm，所述复合粉末的平均粒径大小为40‑90μm；此材料用SLS加工打印的制件具有XYZ方向力学性能均衡，材料拉伸强度、弹性模量高，性能优异的特性；本发明制备的碳纤维尼龙复合粉末颗粒，从微观上，每个粉末颗粒都有碳纤维被尼龙包裹住，两种组分结合在一起，均匀分散，不会产生偏聚现象。

技术领域

本发明属于选择性激光烧结3D打印领域，尤其是一种用于选择性激光烧结的降低材料各向异性的尼龙碳纤维复合粉末及其制备方法。

背景技术

选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,简称SLS)是近年来发展最为迅速的快速成型技术之一,其以固体粉末为原料,采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造,其制造不受零件形状复杂程度的限制,可精确快速还原设计理念、快速生产新产品的功能测试件，广泛应用与汽车、船舶、航天航空、医学和照明等领域中。

在选择性激光烧结(SLS)技术中，由于采用的是一层一层加工累积的方式，而打印某一层的时候，XY方向的材料是同时被烧结熔化成型，而作为一个三维模型，其从Z轴方向的成型，是有先后的。当第一层烧结成型后，扑粉棍把第二层材料铺上去，然后再熔化成型第二层。因此成型模型沿着成型方向(也就是Z轴)的层与层之间的结构强度会远小于XY方向的强度。从而SLS成型件在不同的三维方向上的力学性能不一样，呈现出各向异性。这也是SLS打印与传统住宿加工相比最大的缺点。

为了提高SLS打印制件的力学性能，一般通过在尼龙材料中添加填料的方式，如碳纤维，矿物纤维，玻璃微珠等等，通过填充的填料来提高材料某一方面的性能。

如专利CN102337021通过对尼龙粉末添加玻璃微珠，提高打印制件的拉伸强度及模量。如专利CN 103951971A、CN105462244A 中所述方法。通过在尼龙树脂中添加碳纤维来提高材料的拉伸强度。

但专利CN 103951971A机械混合过程中由于两种或多种不同性质的粉末相对独立存在，其密度不同，形态不同，很容易产生成分偏聚现象，从而导致最终成形的零件中的成分分布不均匀，从而使得零件不同位置的性能具有较大差别。

专利CN105462244A采用将碳纤维粉，尼龙粒料，分散剂加入尼龙粒料的良溶剂中，搅拌加热使得尼龙和分散剂溶剂在溶剂中，然后往混合溶液中添加尼龙的不良溶剂，使得尼龙再次析出。以此获得尼龙与碳纤维的均匀分散。此方法获得的尼龙碳纤维粉末相对分散均匀较好，但一方面在尼龙再次析出的过程中，由于它是自然结晶析出，最终析出的尼龙-碳纤维颗粒形貌不规则，且粉末颗粒尺寸分布范围太广，从几微米到几百微米都有；后期筛选出能用于SLS成型的颗粒尺寸40-70um的粉末不到十分之一，造成很大的浪费；且此中方法需要使用多种化学溶剂，最终粉末析出后剩余的溶剂中含有多种化学溶剂，无法进行回收使用。

最主要的是它采用直径为7-10微米，长度为10-50微米的碳纤维，最终尼龙以碳纤维为晶核析出的时候，得到的碳纤维为尼龙包裹在里面，当SLS成型的时候，由于碳纤维并不能起到一个骨架桥梁的作用，因此碳纤维的添加对材料的力学性能提升有限。