专利名称：用于激光烧结快速成型精铸蜡模的低熔点粉末材料的制作方法
技术领域：
本发明属于用激光束加工零件的领域，涉及精密铸造蜡模的激光烧结快速成型方法，更具体地讲，是一种激光烧结成型精铸蜡模用的粉末材料及其制备工艺。
应用精密铸造的方法可以制造形状复杂的铸件，形成的铸件表面质量好、尺寸精度高，所以精密铸造已被大量用于生产具有不规则外形且内部结构复杂的零部件。精铸需要先制作蜡模，一般是用压制的方法生产蜡模。首先制造压制用的金属模具(压模)，然后将半熔化态的蜡注入压模，待冷却后取出，即得到精铸用的蜡模。压制蜡模用的金属模具由于形状复杂，加工难度大，特别是在新产品试制过程中，由于设计方案要反复改进，产品最终才能定型，因此压制用金属模具常常也要修改，这样就会使得产品更新换代的周期加长，产品的成本加大，很难适应日趋激烈的竞争市场。近几年来国内外发展起来的“快速成型技术”，正是适应市场竞争这一要求的有力工具。快速成型技术是一种将CAD技术、数控技术、激光加工技术及材料新技术等集成起来的离散/堆积成型方法。具体地说，激光烧结快速成型技术主要由以下步骤组成(1)在计算机中建立要加工零件的三维实体CAD模型，然后用分层软件进行切片处理，得到每一加工层面的信息，并将其转化为电信号控制激光扫描系统工作；(2)在成型工作平台上铺设一层致密均匀的成型粉末材料，激光束在计算机控制下根据切片层面信息对成型粉末材料进行扫描烧结，被激光束照射的粉末熔化并在随后的冷却进程中粘接在一起，完成第一个层面的加工；(3)逐层铺粉，逐层扫描烧结，采用上述叠加成型法，最后制造出三维实体零件。
目前，已有十多种快速成型工艺，其中选择激光烧结(SLS)技术，由于成型材料选择范围宽，所以具有十分广阔的应用领域，正受到越来越多的重视。CNl100020A公开的“变长线扫描快速自动成型方法和装置”，是针对现有点扫描激光烧结方法存在影响工件边缘烧结质量的不足，而作出的改进。该发明虽然克服了同类装置生产速度慢的缺点，但是，对于所用的成型粉末来说仍为常规原料，不能适应精铸蜡模的工艺要求，存在着烧结性能不佳，脱模困难，需用燃烧法分解脱除，造成污染等缺点。
本发明的目的就是为了克服现有技术的缺点，提供一种用于激光烧结快速成型精铸蜡模的低熔点粉末材料及其制造工艺，使其具有烧结性能好，成型质量高，对精铸适应性强的优点，有助于实现精铸蜡模的激光烧结快速成型。
本发明是通过以下技术方案来实现其目的的，一种用于激光烧结快速成型精铸蜡模的低熔点粉末材料，是在利用有机粒料制成的蜡粉中添加表面活性剂、脱模剂、光吸收剂、降粘剂、防静电剂、增强增韧剂以及有机和无机填料，其含量为每1千克制备蜡粉的有机粒料中添加表面活性剂1—10克，脱模剂1—5克，光吸收剂0.1—5克，降粘剂0.5—20克，防静电剂0.1—2克，增强增韧剂1—10克，填料5—30克，其制备步骤包括(1)蜡粉制备采用化学合成法和机械低温冷冻粉碎法。
化学合成法将所述的有机粒料加到氯化烃溶液中搅拌溶解，加入沉淀剂沉淀后过滤，烘干、筛分，制得蜡粉；
机械低温冷冻粉碎法将所述的有机粒料在低温冷温冷冻设备中冷却到-60℃—150℃，进行粉碎加工，筛分，制得蜡粉；(2)表面处理将上述蜡粉放入混合机中，添加雾状的溶于有机溶剂中的表面活性剂和脱模剂，烘干，制得基料；(3)改性将表面处理后的基料中添加光吸收剂、降粘剂、防静电剂、增强增韧剂、有机和无机填料，置入混合机中混合均匀；(4)机械筛分按要求筛分，得到所需粒度的低熔点粉末材料。
所述的有机粒料为聚乙烯、石蜡等；所述的表面活性剂为具有分散作用的表面活性剂，如磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、甲撑二异丙基苯耐磺酸钠等；所述的脱模剂为硬脂酸盐类、有机玻璃；所述的光吸收剂为颜料类、二苯甲酮类、受阻胺类；所述的降粘剂为纳米粉末，如纳米氧化铝、纳米碳化硅粉等；所述的防静电剂为季铵盐类，如硬脂基三甲基氯化铵、硬脂酰胺丙基—β—羟乙基—二甲基磷酸二氢铵等；所述的增强增韧剂为ABS、MBS树脂类；所述的有机填料为纤维素类，如聚苯乙烯、尼龙—1010、橡胶粉；无机填料为碳酸盐、硅酸盐、硅铝酸盐。
实施例1将1千克聚乙烯溶解于四氯化碳中，用强力搅拌机(转速2000转/分钟)，搅拌40分钟后完全溶解，在搅拌下缓慢加入沉淀剂水，待沉淀完全后，用抽滤瓶过滤、干燥后用旋振筛筛分，制得蜡粉。
将上述方法得到的蜡粉在双锥混合机中，利用喷雾设备添加雾状的溶于有机溶剂中的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠1克和脱模剂硬脂酸锌1克，最后在真空烘箱中干燥。
将上述基料中添加光吸收剂炭黑0.1克，降粘剂纳米氧化铝粉0.5克，防静电剂硬脂胺丙基—β—羟乙基—二甲基磷酸二氢铵0.1克，增强增韧剂ABS 1克，有机填料聚苯乙烯3克和无机填料碳酸钙2克后，在双锥混合机内混合均匀，经筛分即得最终产品—低熔点粉末材料。
实施例2取1千克石蜡，按实施例1的方法制得蜡粉；取甲撑二异丙基苯耐磺酸钠10克，有机玻璃5克，按上述表面处理方法；取2、4—羟基二苯甲酮5克，碳化硅粉20克，硬脂三甲基氯化铵2克，MBS树脂10克，尼克1010 20克，硅酸铝10克，按上述改性方法改性，筛分。
实施例3取1千克所述的有机粒料，按实施例1的方法制得蜡粉，取十二烷基苯磺酸钠2克，有机玻璃2克，按上述表面处理方法处理；取炭黑0.2克，纳米二氧化硅3克，硬脂基三甲基氯化铵0.3克，ABS 3克，聚苯乙烯10克，超细碳酸钙3克，按上述改性方法改性后筛分。
本发明还可以将所述的有机粒料在-60℃—-150℃的冷冻粉碎设备中粉碎加工、筛分后制得蜡粉。然后再按上述表面处理及改性方法得到所需的低熔点粉末材料。
本发明制得的适合于激光烧结成型精铸蜡模的低熔点粉末材料，经测试检验，其主要性能指标如下外观白色粉末粒度100—160目熔点70℃—140℃平均分子量2000—200000本发明与可用于激光烧结成型的其他有机粉末材料如聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)相比，由于主要成分为蜡粉，且经过表面处理和改性等工艺步骤，使其具有以下优点烧结性能好，无须予热；成型性能优良，成型件质量好；对精铸适应性好，精铸时易脱模，用蒸汽法即可脱除干净，无须燃烧分解，避免了环境污染。所以，具有更好的市场应用前景。将本发明所制得的低熔点粉末材料用于激光烧结快速成型工艺，即可直接、方便、快捷地制造出精密铸造用蜡模，大大简化了蜡模制造工序，缩短了生产周期，降低了产品成本，实现柔性生产，使得新产品开发速度加快，具备更强的市场竞争能力。
权利要求
1.一种用于激光烧结快速成型精铸蜡模的低熔点粉末材料，其特征在于所述的粉末材料是在利用有机粒料制成的蜡粉中添加表面活性剂、脱模剂、光吸收剂、降粘剂、防静电剂、增强增韧剂以及有机、无机填料，其含量为每1千克制备蜡粉的有机粒料中添加表面活性剂1—10克，脱模剂1—5克，光吸收剂0.1—5克，降粘剂0.5—20克，防静电剂0.1—2克，增强增韧剂1—10克，填料5—30克，其制作步骤包括(1)蜡粉制备采用化学合成法和机械低温冷冻粉碎法；化学合成法将所述的有机粒料加到氯化烃溶液中搅拌溶解，加入沉淀剂沉淀后过滤，烘干、筛分，制得蜡粉；机械低温冷冻粉碎法将所述的有机粒料在低温冷冻设备中冷却到-60℃—-150℃，进行粉碎加工，筛分，制得蜡粉；(2)表面处理将上述蜡粉放入混合机中，添加雾状的溶于有机溶剂中的表面活性剂和脱模剂，烘干，制得基料；(3)改性将表面处理后的基料中添加光吸收剂、降粘剂、防静电剂、增强增韧剂、有机和无机填料；(4)机械筛分在混合机中混合后筛分，得到所需粒度的低熔点粉末材料。
2.按照权利要求1所述的低熔点粉末材料，其特征在于所述的制备蜡粉的有机粒料为聚乙烯、石蜡；表面活性剂为具有分散作用的表面活性剂，如磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、甲撑二异丙基苯耐磺酸钠；脱模剂为硬脂酸盐类、有机玻璃；光吸收剂为颜料类、二苯甲酮类、受阻胺类；降粘剂为纳米粉末，如纳米氧化铝、纳米碳化硅粉；防静电剂为季铵盐类，如硬脂基三甲基氯化铵、硬脂酰胺丙基—β—羟乙基—二甲基磷酸二氢铵；增强增韧剂为ABS、MBS树脂类；有机填料为纤维素类，如聚苯乙烯、尼龙—1010、橡胶粉；无机填料为碳酸盐、硅酸盐、硅铝酸盐。
3.按照权利要求1、2所述的低熔点粉末材料，其特征在于所述的制备蜡粉的有机粒料是聚乙烯，含量为1000克，添加剂及含量是表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠2克，脱模剂为有机玻璃2克，光吸收剂为炭黑0.2，降粘剂为纳米氧化硅粉3克，防静电剂为硬脂基三甲氯化铵0.3克，增强增韧剂为ABS 3克，有机填料为聚苯乙烯10克，无机填料为碳酸钙粉3克。
全文摘要
一种用于激光烧结快速成型精铸蜡模的低熔点粉末材料,是在利用有机粒料制成的蜡粉中添加:表面活性剂、脱模剂进行表面处理;添加光吸收剂、降粘剂、防静电剂、增强增韧剂以及填料进行改性。制成的低熔点粉末材料具有烧结性能好,成型性能优良,成型件质量好,易脱模,对精铸工艺适应性好等优点,有助于实现精铸蜡模的激光烧结快速成型。
文档编号B22C7/02GK1326828SQ0111915
公开日2001年12月19日 申请日期2001年5月15日 优先权日2001年5月15日
发明者白培康, 高建峰, 程军 申请人:北京北方恒利科技发展有限公司