一种选择性激光烧结聚苯乙烯模具的制造方法与流程

本发明涉及一种模具制作，具体有关一种选择性激光烧结塑料模具的制造方法。

背景技术：

目前，塑料功能件的快速制造方法主要有光敏树脂的立体光刻成型法(SLA)、丝状热塑性塑料的熔融沉积成形法(FDM)、选择性激光烧结法（SLS）等。其中SLS法制备塑料功能件的过程为用红外光波长的激光器对粉末材料进行逐层烧结叠加成形。由于SLS法所采用的红外激光器价格低、寿命长，且使用的耗材选择范围广，因而该方法被广泛应用。铸造模具一般有金属模具和木制模具。通常情况下，金属模具精度高，寿命长，但价格昂贵，因此一般用于大批量生产。而木制模具精度低、寿命短、不易保存，价格相对较低，因此一般用于小批量试制。由于木制模加工精度低，因此模具需反复调整才能达到图纸要求，大大降低了新产品开发的研发速度。同时木制模具具有吸水性，在长期保存中容易开裂或变形，影响模具的尺寸精度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能提高模具尺寸精度、缩短模具开发周期、降低模具制作成本的选择性激光烧结聚苯乙烯模具的制造方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种选择性激光烧结聚苯乙烯模具的制造方法，其创新点在于：具有以下步骤：

a、材料筛分：将聚苯乙烯粉末进行筛分，选取粒径分布25μm～97μm的聚苯乙烯粉末作为打印材料；

b、烧结成形：采用选择性激光烧结法将筛分后的聚苯乙烯粉末制作成模具形坯；

c、表面清理：去除模具形坯表面多余聚苯乙烯粉末，再去除模具形坯表面的工艺结构；

d、芯部强化：按一定配比调配由环氧树脂、稀释剂、塑化剂和固化剂组成的混合物料，将c步骤制得的模具形坯浸泡在上述混合物料中，或者用上述混合物料涂刷在c步骤制得的模具形坯表面，直至模具形坯表面没有上述混合物料，而是被完全吸收后，放置在保温箱中，在60℃±2℃恒温条件下保温1±0.5小时；

e、表面强化：按一定配比调配由不饱和聚酯树脂和固化剂组成的混合物料，将其涂刷在经过d步骤强化处理后的模具形坯表面，在一定条件下保温，直至所涂刷的混合物料完全固化；

f、模具型板的制作：根据设备成型缸尺寸，按现有方法制作标准化的模具型板；

g、模具装配：将e步骤得到的模具形坯放入f步骤制得的模具型板的相应位置，并使用紧固螺栓将其固定在模具型板上，调整f步骤制得的模具型板的放置角度，直至模具型板底面与模具型板所在平面处于同一平面，即得到选择性激光烧结聚苯乙烯模具。

上述技术方案中，在d步骤所述的混合物料中，环氧树脂∶固化剂∶稀释剂的质量比为(1.8~2.2):(0.9~1.1):(0.9~1.1)，塑化剂为混合物料总量的3wt%～6wt%。

上述技术方案中，在e步骤所述的混合物料中，不饱和聚酯树脂∶固化剂的质量比为100：0.5～1.5；配制上述混合物料时，先在不饱和聚酯树脂中加入质量分数为不饱和聚酯树脂用量的4%～6%，尺寸小于25μm，或大于500目的Al₂O₃粉末并搅拌均匀进行预处理后，再与固化剂混合。

上述技术方案中，当d步骤制得的模具形坯表面积较大或涂刷时间较长时，需要加入适量稀释剂延缓室温反应速率。

上述技术方案中，在e步骤中，所述在一定条件下保温是指在60℃±2℃的恒温条件下保温2±0.5小时。

采用上述方法后，能够取得以下技术效果：能提高模具尺寸精度、缩短模具开发周期，降低模具制作成本。此外，选择适当的粉末颗粒烧结之后，其孔隙率更高，使制品在强化过程中树脂吸收更充分；制件芯部强化后，强度可达到10MPa以上。制品表面强化后，表层硬度大幅提升，可达到邵氏硬度（HD）120左右。本发明模具具有很高的耐磨性和表面光洁度。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图；

图2为采用选择性激光烧结法（SLS）制作的模具形坯的主视图；

图3为图2的俯视图；

图4为本发明中的模具型板的主视图；

图5为图4的俯视图；

图6为模具形坯和模具型板装配完成后的模具主视图；

图7为图6的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1～3制备选择性激光烧结聚苯乙烯模具

如图1所示，本发明的一种选择性激光烧结聚苯乙烯模具的制造方法，具有以下步骤：

a、材料筛分：将聚苯乙烯粉末进行筛分，选取粒径分布25μm～97μm的聚苯乙烯粉末作为打印材料；

b、烧结成形：采用选择性激光烧结法将筛分后的聚苯乙烯粉末制作成模具形坯4；

c、表面清理：去除模具形坯4表面多余聚苯乙烯粉末，再去除模具形坯4表面的工艺结构；

d、芯部强化：按一定配比调配由环氧树脂、稀释剂、塑化剂和固化剂组成的混合物料，将c步骤制得的模具形坯4浸泡在上述混合物料中，或者用上述混合物料涂刷在c步骤制得的模具形坯4表面，直至模具形坯4表面没有上述混合物料，而是被完全吸收后，放置在保温箱中，在60℃±2℃恒温条件下保温1±0.5小时；

e、表面强化：按一定配比调配由不饱和聚酯树脂和固化剂组成的混合物料，将其涂刷在经过d步骤强化处理后的模具形坯4表面，在一定条件下保温，直至所涂刷的混合物料完全固化，如图2~3所示；

f、模具型板5的制作：根据设备成型缸尺寸，按现有方法制作标准化的模具型板5，如图4~5所示；

g、模具装配：将e步骤得到的模具形坯4放入f步骤制得的模具型板5的相应位置，并使用紧固螺栓6将其固定在模具型板5上，调整f步骤制得的模具型板5的放置角度，直至模具型板5底面与模具型板5所在平面处于同一平面，即得到选择性激光烧结聚苯乙烯模具，如图6~7所示。

在d步骤所述的混合物料中，环氧树脂∶固化剂∶稀释剂的质量比为(1.8~2.2):(0.9~1.1):(0.9~1.1)，塑化剂为混合物料总量的3wt%～6wt%。

在e步骤所述的混合物料中，不饱和聚酯树脂∶固化剂的质量比为100：0.5～1.5；配制上述混合物料时，先在不饱和聚酯树脂中加入质量分数为不饱和聚酯树脂4%～6%，尺寸小于25μm，或大于500目的Al₂O₃粉末并搅拌均匀进行预处理后，再与固化剂混合。

当d步骤制得的模具形坯4表面积较大或涂刷时间较长时，需要加入适量稀释剂延缓室温反应速率。

在e步骤中，所述在一定条件下保温是指在60℃±2℃的恒温条件下保温2±0.5小时。

在f步骤中，如图4、5中所示，模具型板5应具备以下结构——螺栓孔1，定位销2，导向销3。

在g步骤中，如图6、7中所示，由模具形坯4和模具型板5装配后的选择性激光烧结聚苯乙烯模具应包含以下几个部分——模具形坯4，模具型板5，紧固螺栓6。

在实施例1～3中，d芯部强化步骤所用的混合物料中，环氧树脂

为无锡树脂厂凤凰牌环氧树脂，其牌号为618E-51；固化剂为镇江丹宝树脂有限公司丹宝牌聚酰胺树脂，其牌号为650；稀释剂为兰玛世牌芳香型稀释剂；塑化剂为邻苯二甲乙酯(上海展云化工有限公司产品)；上述原料均为工业品，可从市场购得；所用环氧树脂、固化剂、稀释剂、塑化剂的具体质量比见表1。

表1

在实施例1～3中，e表面强化步骤所用的混合物料中，不饱和聚酯树脂为华讯908-5A不饱和聚酯树脂，固化剂为过氧化甲乙酮，三氧化二铝粉末为500目；上述原料均为工业品，可从市场购得；所用不饱和聚酯树脂、固化剂、三氧化二铝的具体质量比见表2。

表2

采用本发明方法制备模具，不仅提高了模具尺寸精度、缩短模具开发周期，降低模具制作成本。还使模具具有很高的耐磨性和表面光洁度。具有广阔的市场前景。