本发明属于3D打印材料
技术领域：
，特别涉及一种用于选择性激光烧结3D打印精密铸造蜡模粉末材料及其制备方法与应用。
背景技术：
：3D打印技术是利用计算机三维数字化设计目标模型，然后通过3D打印设备将“打印材料进行逐层叠加”，最后将数字模型变成实物。3D打印技术是制造业转型升级的核心技术之一，在精密铸造领域中已有很多企业尝试采用3D打印技术，但是打印材料一直是困扰着大家的一个难题。目前择性激光融化、立体光刻、选择性激光烧结、三维打印与胶粘等3D打印技术正在不断与铸造工业融合，以期开创出更新的制造模式。SLS是3D打印技术中非常常用和重要的一种打印技术，用于选择性激光烧结的材料是各类粉末，包括尼龙粉、覆裹尼龙的玻璃粉、聚碳酸酯粉、聚酰胺粉、蜡粉、金属粉(打印后常须进行再烧结及渗铜处理)、覆蜡金属粉以及覆裹热凝树脂细沙等。熔模铸造也称熔模精密铸造，其以失蜡法为铸造方法，以最终产品为摹本，通过模具制造、蜡模制造、型壳制造、浇注成型、铸件后处理等步骤得到最终铸件独特的制造优势。熔模精密铸造应用范围较广，高端铸件优势明显。但是熔模精密铸造工艺复杂制造周期长，难以满足现代社会对企业产品快速多样化和的需求。因为技术、材料以及设备价格原因，3D打印应用于铸造行业起步较晚，但是随着传统铸造行业生存压力的增加，以及熔模铸造法在制作航天航空等精密构件模型过程中的困难，铸造企业不断探索转型升级的路径、方法，3D打印对于设计制造一体化、提高效率、降低成本等逐渐受到越来越多人的青睐。熔模精密铸造蜡模在制备过程中易出现收缩、蜡模表面出现凹痕、脱模时型壳胀裂等问题，3D打印技术因为是逐层打印，在这些方面有很大的改善。目前市面上选择性激光烧结3D打印材料中蜡粉材料种类较少，市面上应用于精铸蜡模的3D打印蜡粉是以普通蜡粉或普通蜡粉/硬脂酸为材料，普通蜡粉为石蜡、普通铸造蜡或其他低分子聚合物制粉而成。蜡粉成粉和性质单一，无法满足复杂或者精细部件蜡模的制作，低分子聚合物运动粘度、熔点高，在铸造部件熔融脱蜡步骤会增加难度。专利CN104693579A公开了通过双粒径级配的蜡粉基料配比并添加硬脂酸、白炭黑、炭黑、短切碳纤维来制备一种激光烧结3D打印用复合改性蜡粉的方法，虽然该方法制备的蜡粉改善静电吸附团聚现象，制作的蜡模尺寸精度强度可达到熔模铸造蜡型要求，但是因为蜡粉粒径及粒径比要求高，局限性及原料问题较大，当蜡粉成粉发生改变时对蜡粉打印效果有很大影响。其选用蜡粉为熔点较低的低分子量蜡粉，对总体蜡粉的性能未做要求，对于大型蜡组和薄壁结构的蜡模型制作，较难满足要求，因为选用的是蜡粉同时又增加了原料的要求。专利CN1326828A公开了一种用于激光烧结快速成型精铸蜡模的低熔点粉末，其以聚乙烯为原材料制备蜡粉，然后添加表面活性剂、脱模剂、光吸收剂、降粘剂、防静电剂、增强增韧剂、填料等，虽然制得的粉末材料烧结性好、成型优良，对精铸适应性好，但是以聚乙烯为原料使得整体蜡料本身运动粘度高，同时收缩性大，在铸件做型壳时有很大影响。高品质的选择性激光烧结3D打印精密铸造蜡粉对于促进3D打印-精密铸造有着举足轻重的作用，同时可创造较大的社会价值。技术实现要素：为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种用于选择性激光烧结3D打印精密铸造蜡模粉末材料。本发明另一目的在于提供一种上述用于选择性激光烧结3D打印精密铸造蜡模粉末材料的制备方法。本发明再一目的在于提供上述用于选择性激光烧结3D打印精密铸造蜡模粉末材料在3D打印中的应用。本发明的目的通过下述方案实现：一种用于选择性激光烧结3D打印精密铸造蜡模粉末材料，包括以下质量计的组分：石油蜡30～80份；蜂蜡0～10份；褐煤蜡0～10份；PE蜡0～5份；添加树脂0～20份；增韧剂3～10份；硬脂酸0.5～5份；流平剂0.2～5份；表面活性剂1～10‰；脱模剂1‰～10‰；抗静电剂0‰～5‰；紫外线吸收剂0～5‰；抗氧剂0～10‰；无机填料0～10％。或包括以下质量计的组分：石油蜡20～70份；蜂蜡10～20份；褐煤蜡10～20份；PE蜡5～10份；添加树脂20～30份；增韧剂10～20份；硬脂酸5～10份；流平剂0.2～5份；表面活性剂1～10‰；脱模剂1‰～10‰；抗静电剂0‰～5‰；紫外线吸收剂0～5‰；抗氧剂0～10‰；无机填料0～10％。所述的石油蜡可为70#微晶蜡、80#微晶蜡、85#微晶蜡、682#微晶蜡、54#全精炼石蜡、58#全精炼石蜡、62#全精炼石蜡、62#半精炼石蜡、64#全精炼石蜡、64#半精炼石蜡、66#全精炼石蜡、66#半精炼石蜡中的一种或一种以上。所述添加树脂可为C5石油树脂、C5加氢石油树脂、C9石油树脂、C9加氢石油树脂、萜烯树脂、氯化芳香石油树脂、松香树脂中的一种或一种以上。所述的增韧剂可为APAO、低分子聚乙烯、低分子聚丙烯、聚异丁烯、乙烯-丙烯共聚物、乙基纤维素、EVA、氯化聚乙烯、聚苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、三元乙丙橡胶、乙烯-辛烯嵌段共聚物中的一种或一种以上。所述的流平剂为本领域常规使用的流平剂即可，如可为丙烯酸酯共聚物。所述的表面活性剂可为十二烷基苯磺酸钠、磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、烷基醚羧酸盐、烷基三甲基铵盐、烷基二甲基苄基铵盐等中的一种或一种以上。所述的脱模剂优选为硬脂酸锌。所述的抗静电剂为本领域常规使用的抗静电剂即可，如可为硬脂酰胺丙基-β-羧乙基-二甲基磷酸二氢铵、ECH抗静电剂、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基季铵硝酸盐等中的一种或一种以上。所述的抗氧剂本领域常规使用的抗氧剂即可，如可为抗氧剂1010、抗氧剂264、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂300等中的一种或一种以上。所述的紫外线吸收剂本领域常规使用的紫外线吸收剂即可，如可为紫外线吸收剂uv531、紫外线吸收剂uv-9、紫外线吸收剂770等中的一种或一种以上。所述的无机填料可为硅微粉、纳米碳酸钙、纳米Al2O3中的一种或一种以上。所述无机填料的纳米粉末粒径小于等于100μm，同时无机填料还起到了降粘剂的作用，不仅可以减少铸造蜡的体积收缩率，同时达到一定降粘效果，控制无机填料的量，使其在铸件的失蜡阶段也不会有残留。本发明用于选择性激光烧结3D打印精密铸造蜡模粉末材料还可以含有本领域常规的添加剂，如色料等。本发明还提供一种上述用于选择性激光烧结3D打印精密铸造蜡模粉末材料的制备方法，包括以下步骤：将石油蜡、蜂蜡、褐煤蜡混合，90～100℃加热搅拌融化，得到蜡液A；搅拌加入PE蜡、添加树脂、增韧剂、硬脂酸、流平剂，继续加热搅拌30min～1h，得到蜡液B；冷却、粉碎，或钢带选料成型造粒，得到基蜡C；将基蜡C通过机械低温冷冻粉碎法造粉，搅拌加入表面活性剂和脱模剂，真空干燥得到蜡粉基料D；将基料D加入到双锥混合机中，加入抗静电剂、紫外线吸收剂、抗氧剂、无机填料，混合均匀，得到用于选择性激光烧结3D打印精密铸造蜡模粉末材料。所述表面活性剂和脱模剂使用前先溶于溶剂中，并通过喷雾形式加入粉料中。所述钢带选料成型造粒指将蜡液B送到布料器，布料器温度为100℃，并通过钢带选料成型，钢带线速度为4～5m/min；采用冷风或冷水冷却蜡滴，钢带上方为冷风冷却，温度低于20℃，钢带传送过程中水冷却为2段冷却，前段冷却水为常温冷却水，后方为低于10℃的冷却水冷却，在收料器中得到颗粒蜡。所述机械低温冷冻粉碎法，工艺为：温度为-50℃～-130℃，机械粉碎，筛分，得到粉料。本发明用于选择性激光烧结3D打印精密铸造蜡模粉末材料具有硬度适中、熔点低、收缩率低等特定，可应用于3D打印中，3D打印时团聚和静电吸附的现象少，适合各种普通及复杂结构薄壁结构的精密铸件蜡型的制备。本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：石油蜡原料稳定易得，本发明以石油蜡为原料大大降低了打印蜡粉材料的成本，同时通过添加褐煤蜡、蜂蜡、添加树脂、PE蜡来增加韧性、延展性以及强度，在选择性激光烧结3D打印蜡粉领域属于首创。本发明制备的选择性激光烧结3D打印精密铸造蜡模的粉末材料烧结性好、成型优良、脱模性好、尺寸稳定性好、成型的铸件蜡模质量好，有利于实现3D打印精密铸造蜡模。本发明制备的精密铸造3D打印蜡粉末模料较其他可用于激光烧结成型的高分子材料相比，烧结性更好，无需予热，同时材料运动粘度低，可多次重复使用，环境亲和性好，可直接、快速准确的打造高质量的铸件模型，简化蜡模制造工序，缩短周期，提高工作效率，降低成本，具有广阔的市场前景以及市场竞争力。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。下列实施例中涉及的物料均可从商业渠道获得。实施例1质量份计，将70#微晶蜡、蜂蜡、褐煤蜡按照55份、5份、9份的量投入到反应釜中，90℃加热搅拌至蜡全部熔化，然后在加热搅拌中分批3次分别加入4.5份PE蜡、17份C5加氢石油树脂、3份APAO、5份EVA树脂、1份硬脂酸、0.5份丙烯酸酯共聚物，搅拌加热至所有有机物熔融，继续加热搅拌1h。然后将蜡液输送到造粒布料器，布料器温度为100℃，输送冷却钢带速度为4.5m/min，冷却风温度为15℃，前段冷却水为室温，后端冷却水为8℃，收料器中得到蜡粉基料。将上述蜡料冷却至-80℃，然后机械粉碎加工、分筛，得到蜡粉基料。将上述蜡粉基料置于双锥混合机中，按照蜡粉基料：十二烷基苯磺酸钠：硬脂酸锌＝1000:3.2:1.6的比例，采用喷雾设备加入十二烷基苯磺酸钠和硬脂酸锌，最后真空干燥，得到蜡粉基料。将上述蜡粉双锥混合机中，以蜡粉量的5‰、5‰、3‰、1％分别加入十八烷基三甲基氯化铵、抗氧剂1010、紫外线吸收剂uv-9、和球形硅微粉，混合均匀，筛分后得到精密铸造3D打印蜡粉末模料。实施例2质量份计，将58#石蜡、蜂蜡、褐煤蜡按照54份、12份、11份的量投入到反应釜中，100℃加热搅拌至蜡全部熔化，然后在加热搅拌中分批3次分别加入5份PE蜡、25份C5加氢石油树脂、3.5份APAO、5.5份EVA树脂、1份低分子聚丙烯、5.5份硬脂酸、0.5份丙烯酸酯共聚物，搅拌加热至所有有机物熔融，继续加热搅拌1h。然后将蜡液输送到造粒布料器，布料器温度为100℃，输送冷却钢带速度为4.5m/min，冷却风温度为15℃，前段冷却水为室温，后端冷却水为8℃，收料器中的到蜡粉基料。将上述蜡料冷却至-110℃，然后机械粉碎加工、分筛，得到蜡粉基料。将上述蜡粉基料置于双锥混合机中，按照蜡粉基料：十二烷基苯磺酸钠：硬脂酸锌＝1000:3:2的比例，采用喷雾设备加入十二烷基苯磺酸钠和硬脂酸，最后真空干燥，得到蜡粉。将上述蜡粉双锥混合机中，以蜡粉量的5‰、5‰、3‰、1％分别加入十八烷基三甲基氯化铵、抗氧剂1010、紫外线吸收剂uv-9、和球形硅微粉，混合均匀，筛分后得到精密铸造3D打印蜡粉末模料。实施例3质量份计，将70#微晶蜡、58#石蜡、褐煤蜡按照30份、30份、8.5份的量投入到反应釜中，加热搅拌至蜡全部熔化，然后在加热搅拌中分批3次分别加入4份PE蜡、17份C5加氢石油树脂、3.5份APAO、5.5份EVA树脂、1份硬脂酸、0.5份丙烯酸酯共聚物，搅拌加热至所有有机物熔融，继续加热搅拌1h。然后将蜡液输送到造粒布料器，布料器温度为100℃，输送冷却钢带速度为4.5m/min，冷却风温度为15℃，前段冷却水为室温，后端冷却水为8℃，收料器中的到蜡粉基料。将上述蜡料冷却至-110℃，然后机械粉碎加工、分筛，得到蜡粉基料。将上述蜡粉基料置于双锥混合机中，按照蜡粉基料：十二烷基苯磺酸钠：硬脂酸锌＝1000:3.5:2.5的比例，采用喷雾设备加入十二烷基苯磺酸钠和硬脂酸，最后真空干燥，得到蜡粉基料。将上述蜡粉双锥混合机中，以蜡粉量的5‰、5‰、3‰、1％分别加入十八烷基三甲基氯化铵、抗氧剂1010、紫外线吸收剂uv-9、和球形硅微粉，混合均匀，筛分后得到精密铸造3D打印蜡粉末模料。实施例4质量份计，将70#微晶蜡、58#石蜡、蜂蜡、褐煤蜡按照25份、25份、10份、9.5份的量投入到反应釜中，加热搅拌至蜡全部熔化，然后在加热搅拌中分批3次分别加入4份PE蜡、19.5份C5加氢石油树脂、5.5份EVA树脂、2份硬脂酸、0.5份丙烯酸酯共聚物，搅拌加热至所有有机物熔融，继续加热搅拌1h。然后将蜡液输送到造粒布料器，布料器温度为100℃，输送冷却钢带速度为4.5m/min，冷却风温度为15℃，前段冷却水为室温，后端冷却水为8℃，收料器中的到蜡粉基料。将上述蜡料冷却至-115℃，然后机械粉碎加工、分筛，得到蜡粉基料。将上述蜡粉基料置于双锥混合机中，按照蜡粉基料：十二烷基苯磺酸钠：硬脂酸锌＝1000:3.5:4.5的比例，采用喷雾设备加入十二烷基苯磺酸钠和硬脂酸，最后真空干燥，得到蜡粉。将上述蜡粉双锥混合机中，以蜡粉量的4.5‰、5‰、3.5‰、0.8％分别加入十八烷基三甲基氯化铵、抗氧剂1010、紫外线吸收剂uv-9、和球形硅微粉，混合均匀，筛分后得到精密铸造3D打印蜡粉末模料。实施例5质量份计，将70#微晶蜡、58#石蜡、蜂蜡按照39份、32份、10份的量投入到反应釜中，加热搅拌至蜡全部熔化，然后在加热搅拌中分批3次分别加入5份PE蜡、3.5份APAO、5.5份EVA树脂、1份硬脂酸、0.5份丙烯酸酯共聚物，搅拌加热至所有有机物熔融，继续加热搅拌1h。然后将蜡液输送到造粒布料器，布料器温度为100℃，输送冷却钢带速度为4.5m/min，冷却风温度为15℃，前段冷却水为室温，后端冷却水为8℃，收料器中的到蜡粉基料。将上述蜡料冷却至-120℃，然后机械粉碎加工、分筛，得到蜡粉基料。将上述蜡粉基料置于双锥混合机中，按照蜡粉基料：十二烷基苯磺酸钠：硬脂酸锌＝1000:5.5：2.5的比例，采用喷雾设备加入十二烷基苯磺酸钠和硬脂酸，最后真空干燥，得到蜡粉基料。将上述蜡粉双锥混合机中，以蜡粉量的5‰、5‰、3.5‰、0.7％分别加入十八烷基三甲基氯化铵、抗氧剂1010、紫外线吸收剂uv-9、和球形硅微粉，混合均匀，筛分后得到精密铸造3D打印蜡粉末模料。实施例6质量份计，将58#石蜡、蜂蜡、褐煤蜡按照30份、20份、20份的量投入到反应釜中，100℃加热搅拌至蜡全部熔化，然后在加热搅拌中分批3次分别加入10份PE蜡、30份C5加氢石油树脂、6份APAO、6份EVA树脂、2份低分子聚丙烯、10份硬脂酸、5份丙烯酸酯共聚物，搅拌加热至所有有机物熔融，继续加热搅拌1h。然后将蜡液输送到造粒布料器，布料器温度为100℃，输送冷却钢带速度为4.5m/min，冷却风温度为15℃，前段冷却水为室温，后端冷却水为8℃，收料器中的到蜡粉基料。将上述蜡料冷却至-110℃，然后机械粉碎加工、分筛，得到蜡粉基料。将上述蜡粉基料置于双锥混合机中，按照蜡粉基料：十二烷基苯磺酸钠：硬脂酸锌＝1000:3:2的比例，采用喷雾设备加入十二烷基苯磺酸钠和硬脂酸，最后真空干燥，得到蜡粉。将上述蜡粉双锥混合机中，以蜡粉量的5‰、5‰、3‰、10％分别加入入十八烷基三甲基氯化铵、抗氧剂1010、紫外线吸收剂uv-9、和球形硅微粉，混合均匀，筛分后得到精密铸造3D打印蜡粉末模料。实施例7质量份计，将58#石蜡、蜂蜡、褐煤蜡按照70份、15份、15份的量投入到反应釜中，100℃加热搅拌至蜡全部熔化，然后在加热搅拌中分批3次分别加入7份PE蜡、22份C5加氢石油树脂、4份APAO、5份EVA树脂、1份低分子聚丙烯、7份硬脂酸、2份丙烯酸酯共聚物，搅拌加热至所有有机物熔融，继续加热搅拌1h。然后将蜡液输送到造粒布料器，布料器温度为100℃，输送冷却钢带速度为4.5m/min，冷却风温度为15℃，前段冷却水为室温，后端冷却水为8℃，收料器中的到蜡粉基料。将上述蜡料冷却至-110℃，然后机械粉碎加工、分筛，得到蜡粉基料。将上述蜡粉基料置于双锥混合机中，按照蜡粉基料：十二烷基苯磺酸钠：硬脂酸锌＝1000:3:2的比例，采用喷雾设备加入十二烷基苯磺酸钠和硬脂酸，最后真空干燥，得到蜡粉。将上述蜡粉双锥混合机中，以蜡粉量的5‰、5‰、3‰、5％分别加入入十八烷基三甲基氯化铵、抗氧剂1010、紫外线吸收剂uv-9、和球形硅微粉，混合均匀，筛分后得到精密铸造3D打印蜡粉末模料。对上述本发明制备得到的精密铸造3D打印蜡粉末模料进行测试，将本发明用于选择性激光烧结3D打印精密铸造蜡模粉末材料应用于3D打印中，检测其硬度及收缩率等，主要性能指标如下：表1精密铸造3D打印蜡粉末模料的性能外观粒度/目熔点/℃硬度固化收缩率/％实施例1灰色粉末80～14060～1200.02～0.051.0～2.5实施例2灰色粉末80～14060～1200.02～0.051.0～2.5实施例3灰色粉末80～14060～1200.02～0.051.0～2.5实施例4灰色粉末80～14060～1200.02～0.051.0～2.5实施例5白色粉末80～14060～1200.02～0.051.0～2.5实施例6灰色粉末80～14060～1200.02～0.051.0～2.5实施例7灰色粉末80～14060～1200.02～0.051.0～2.5由此可见，本发明用于选择性激光烧结3D打印精密铸造蜡模粉末材料具有硬度适中、熔点低、收缩率低等特定，可应用于3D打印中，3D打印时团聚和静电吸附的现象少，适合各种普通及复杂结构薄壁结构的精密铸件蜡型的制备。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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