一种用于选择性激光烧结的尼龙粉末材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种用于选择性激光烧结的尼龙粉末 材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 选择性激光烧结（SelectiveLaserSintering，SLS)技术属于快速原型与制造 (rapidprototyping&manufacturing,RP&M)技术中的一种，是一种借助计算机辅助设计与 制造，采用分层叠加制造原理，将粉末材料直接成形为三维实体零件，不受成形零件形状复 杂程度的限制，不需任何工装模具的技术。SLS技术成形材料非常广泛，包括高分子、金属、 陶瓷粉末材料等，其中高分子材料与金属、陶瓷材料相比，具有激光烧结成形温度低、所需 激光功率小、烧结件精度高等优点，成为应用最早，也是应用最多、最成功的SLS成形材料， 在SLS成形材料中占有重要地位，其品种和性能的多样性以及各种改性技术也为它在SLS 成形领域的应用提供了广阔的空间。目前，用于SLS技术的高分子材料主要是热塑性高分 子材料及其复合材料，其中聚酰胺树脂（即尼龙）粉末材料应用最为广泛。
[0003]目前，用于SLS的尼龙材料为微米级的粉末，在传统的成型加工方法和快速成型 方法中所使用的高分子原材料多为粒料、丝料或线料，对于粒料、丝料或线料等形态的高分 子材料着色均采用与着色剂高温熔融共混后进行挤出或造粒等这一共同成型工序。而对于 应用于SLS技术的尼龙材料而言，受其制粉工艺（溶剂沉析法）的限制，在原材料成型阶段 进行着色具有较大难度。所以，目前SLS技术制备出的制件均为尼龙粉末材料的原色即白 色，颜色较为单一，通常，为了满足各个领域对于产品外观的要求需要对SLS制件进行后期 着色处理，一般采用以下两种方法：1、选择用水溶性/油溶性染料进行浸泡染色，上色效果 受染料溶解性和分散性的影响，易出现颜色深浅不一，甚至脱色的不良现象；2、对制件进行 喷漆上色处理，通常尼龙制件为了提高其表面的着色力，需先喷一层底漆，再喷表层色漆， 此法易造成SLS制件的尺寸偏大，对于尺寸精度要求较高的制件不易采用此法。以上两种 方法耗费大量人、时、成本，着色效果也参差不齐。
【发明内容】
[0004] 为了弥补上述现有技术的不足，本发明提出一种用于选择性激光烧结的彩色尼龙 粉末材料及其制备方法。
[0005] 本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
[0006] -种用于选择性激光烧结的尼龙粉末材料，包括如下重量份的各组分：
[0007] 尼龙粉末 50-80份 树脂着色剂 1-20份 分散剂 0.05-2份 表面改性剂 0.1-1.5份 抗氧剂 0.5-2份 光稳定剂 0.1-1.5份。
[0008] 优选地，所述尼龙粉末选自PA6、PA66、PA1010、PA11和PA12中的至少一种。
[0009] 优选地，所述树脂着色剂选择无机颜料。
[0010] 优选地，得到的所述尼龙粉末材料的粒径为10-150μm。
[0011] 优选地，所述树脂着色剂的粒径在0. 01~1μπι之间。
[0012] 优选地，所述表面改性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、γ-(甲基丙烯 酰氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷 中的至少一种。
[0013] 优选地，所述分散剂为气相法氧化铝、白炭黑、二氧化钛、高岭土、滑石粉、云母粉 中至少一种。
[0014] 优选地，所述抗氧剂为酚类抗氧剂与硫酯类抗氧剂组成的复合抗氧剂，所述酚类 抗氧剂的用量为复合抗氧剂总重量的55-70%，硫酯类抗氧剂的用量为复合抗氧剂总重量 的 30-45%。
[0015] 优选地，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
[0016] -种所述的用于选择性激光烧结的尼龙粉末材料的制备方法，包括如下步骤：
[0017] (1)将表面改性剂溶于有机溶剂中配制成质量浓度2~3%的溶液，再加入树脂 着色剂分散混合均匀，干燥后在球磨机中进行研磨，过筛，得到表面改性过的树脂着色剂粉 末；
[0018] (2)将尼龙粉末、步骤⑴中得到的表面改性过的树脂着色剂粉末、分散剂、抗氧 剂和光稳定剂搅拌均匀后，过筛，得到所述尼龙粉末材料。
[0019] 本发明与现有技术对比的有益效果包括：
[0020] 本发明提供的用于选择性激光烧结的尼龙粉末材料是彩色的，该彩色的尼龙粉末 材料可以通过SLS技术在不需要对打印产品进行后处理的情况下，直接成型出色泽均一， 颜色各异的3D打印产品，可以满足各领域客户对于产品颜色的不同需求。本发明通过使树 脂着色剂与微米级的尼龙粉末材料充分混合后，达到如同分散在基材熔体中的效果一样， 从而产生对光线均匀地散射和吸收的效果，通过SLS技术可以成型得到色彩鲜艳，光泽均 匀，尺寸精度高的SLS制件。同时，材料制备工艺简单、环保无污染，提高了SLS制件的色彩 多样性，并在一定程度上降低了SLS制件成本。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。
[0022] 本发明提供一种用于选择性激光烧结的尼龙粉末材料，在【具体实施方式】中，该尼 龙粉末材料包括如下重量份的各组分：尼龙粉末50-80份，树脂着色剂1-20份，分散剂 0. 05-2份，表面改性剂0. 1-1. 5份，抗氧剂0. 5-2份，光稳定剂0. 1-1. 5份。
[0023] 本发明还提供一种上述用于选择性激光烧结的尼龙粉末材料的制备方法，包括如 下步骤：（1)将表面改性剂溶于有机溶剂中配制成质量浓度2~3%的溶液，再加入树脂 着色剂分散混合均匀，干燥后在球磨机中进行研磨，过筛，得到表面改性过的树脂着色剂粉 末；（2)将尼龙粉末、步骤（1)中得到的表面改性过的树脂着色剂粉末、分散剂、抗氧剂和光 稳定剂搅拌均匀后，过筛，得到所述尼龙粉末材料，所述尼龙粉末材料的粒径为10-150μm。
[0024] 以下通过一些实施例和对比例对本发明进行详细阐述。
[0025] 实施例1
[0026] 取表面改性剂（本例中采用γ_(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷）250g，溶 于9750g无水乙醇中，得质量浓度为2. 5%的溶液；取黄色的树脂着色剂（如铁黄）粉末 2000g，加至上述溶液中，在高速分散机中进行分散，使之混合均匀，再在鼓风干燥箱中干燥 24小时，球磨处理，过300目筛，得到表面改性过的树脂着色剂粉末。
[0027] 取尼龙（本例中采用PA66)粉末3000g加至机械搅拌机中，再依次往机械搅拌机 中加入上述经过处理的树脂着色剂粉末150g、分散剂（本例中采用气相法氧化铝）15g，抗 氧剂（本例中采用：60wt%的2, 6-二叔丁基-4(二甲氨甲基）苯酸和40wt%的硫代二丙 酸二（十八醇）酯复合的复合抗氧剂）30g、光稳定剂（本例中采用双（2, 2, 6, 6-四甲基哌 啶基）癸二酸酯）15g，混合均匀，再过120目筛，得到彩色的尼龙粉末材料。
[0028] 在SLS设备上加工上述得到的彩色尼龙粉末材料，加工工艺参数为：激光功率 30W，扫描速度20mm/h，烧结间距0. 5mm，烧结层厚度120μm，预热温度158°C。
[0029] 在其他一些实施例中，还可以优选以下方案中的至少一种：
[0030] 尼龙粉末可以选自PA6、PA66、PA1010、PA11和PA12中的至少一种。
[0031] 树脂着色剂选择无机颜料，耐高温性能在300°C以上，实施例1是以黄色为例，进 一步的还可以为其他颜色，例如无机颜料也可以为铁黄、碳铁红、氧化铬、群青、碳铁红、铬 黄、锰紫、钼铬红、钛黄、钛棕、钴蓝、钴绿、钛白、氧化锌、硫化锌和铋黄等中的至少一种。
[0032] 树脂着色剂的粒径在0. 01~1μm之间，进一步的，可以优选形态为球形或近球形 的树脂着色剂。
[0033] 得到的尼龙粉末材料的粒径为10-150μπι(所选用的原料尼龙粉末的粒径范围为 1-1000μm，可以进一步优选5-200μm)。
[0034] 表面改性剂可以为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、γ_(甲基丙烯酰氧） 丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的至 少一种。
[0035] 分散剂可以为气相法氧化铝、白炭黑、二氧化钛、高岭土、滑石粉、云母粉中至少一 种。
[0036] 抗氧剂为酚类抗氧剂与硫酯类抗氧剂组成的复合抗氧剂，其中酚类抗氧剂的用量 为复合抗氧剂总重量的55-70%，硫酯类抗氧剂的用量为复合抗氧剂总重量的30-45% ;其 中，酚类抗氧剂可以优选2, 6-二叔丁基对甲酚（抗氧剂264)、2, 6-二叔丁基-4-(二甲氨甲 基）苯酚（抗氧剂703)、1，3, 5-三甲基-2, 4, 6-三（4' -羟基-3'，5' -二叔丁基苄基）苯 (抗氧剂330)、双（3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸丙酰）联氨（抗氧剂ΒΡΡ)、1，3, 5-三 (3, 5-二叔丁基-4-羟基苄基）异氰尿酸（抗氧剂3114)、1，3, 5-三甲基-2, 4, 6-三（3, 5-二 叔丁基-4-羟基苄基）苯（抗氧剂330)、Ν，Ν' -双-(3- (3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙 酰基）己二胺（抗氧剂109