一种含PEEK的3D打印材料及其3D打印方法与流程

本发明涉及3d打印材料和方法的技术领域，尤其是涉及一种含peek的3d打印材料及其3d打印方法。

背景技术：

peek的英文全称为poly-ether-ether-ketone，中文简称为聚醚醚酮。peek是一种半结晶芳香族热塑性高分子材料，其不仅具有热固性塑料的耐高温性能、耐辐射性能和稳定的化学性能，还具有高强度、高弹性模量、高断裂韧性这一项优异的机械强度，以及易加工性。因此，目前，聚醚醚酮(peek)材料广泛应用于3d打印材料。

3d打印成型技术，又名增材制造技术，通常可以分为光固化成型技术、激光烧结制造、熔融沉积造型等几种方法，在3d打印的制造过程中与cad数据结合，这免除了模具制造等工艺，大大减少了产品的制造周期。

公开号为cn108424605a的中国专利，公开了一种聚醚醚酮3d打印材料及其3d打印成型方法，该聚醚醚酮3d打印材料的原料及其重量份包括：聚醚醚酮100份，亚甲基双丙烯酰胺10份～100份，聚醚酰亚胺2份～10份。该专利利用聚醚醚酮(peek)能溶于浓硫酸的性质，对聚醚醚酮进行磺酸化处理，以便与亚甲基双丙烯酰胺(mba)结合，形成peek-mba，该专利将peek-mba与聚醚酰亚胺(pei)共混熔融挤出，其材料组分和处理工序均显得有些复杂。

如何提供一种含peek的3d打印材料，使3d打印可简易操作，是本领域的技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种含peek的3d打印材料及运用该3d材料进行3d打印的方法，通过将peek与成型粘结剂混合后进行激光烧结，3d打印成型得到peek零部件生坯，之后将零部件生坯进行成型粘结剂加热脱除和静压烧结处理，生产得到具有优良机械性能的peek零部件产品。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种含peek的3d打印材料，按重量份数，包括以下组分：peek粉末70-90份，成型粘结剂10-30份；

在每份所述成型粘结剂中，按重量百分比由20-30％的石蜡和70-80％的聚乙烯组成。

作为本发明的技术方案的进一步描述，一种含peek的3d打印材料，按重量份数，包括以下组分：peek粉末80份，成型粘结剂20份；

在每份所述成型粘结剂中，按重量百分比由25％的石蜡和75％的聚乙烯组成。

在该含peek的3d打印材料，经过优选组分重量份数和重量百分比，将peek粉末和以石蜡和聚乙烯为主体的成型粘结剂混合在一起，作为3d打印成型的原料，其组分原料简单，无需多余的工序处理，即可用于3d打印成型工序中。

本发明还提供了上述含peek的3d打印材料的3d打印方法，包括以下步骤：

(1)步骤1：按上述组分的重量份数，将peek粉末和成型粘结剂混合在一起，得到3d打印材料，备用；

(2)步骤2：采用3d打印机对步骤1所述的3d打印材料进行激光烧结，3d打印成型的peek零部件生坯；

(3)步骤3：将步骤2所述的peek零部件生坯进行成型粘结剂脱除处理；

(4)步骤4：将步骤3的已脱除成型粘结剂的peek零部件生坯在惰性气体的氛围中进行高温静压烧结，生产出目标peek零部件产品。

作为本发明的技术方案的进一步描述，所述步骤2又具体包括以下步骤：

(1)步骤2.1：采用3d打印机对3d打印材料进行激光烧结，所述激光烧结的温度控制在180℃以下，打印室温度控制在70℃以下；

(2)步骤2.2：按照已经设计好需要打印的三维peek零部件产品模型，设置3d打印参数，3d打印成型的peek零部件生坯。

在对3d打印材料进行激光烧结时，通过控制烧结温度和打印室温度，peek粉末在激光光斑的照射下，形成粉末表面粘结剂融化-冷却凝固的过程，并层层堆积成型；在打印前，利用专业的3d打印软件在计算机中设计好需要打印的三维peek零部件产品模型，并设置3d打印参数，3d打印成型的peek零部件生坯。

作为本发明的技术方案的进一步描述，所述步骤3和步骤4的具体过程为：在专用热脱除-烧结炉中，根据加热脱除-烧结工艺曲线，采用惰性气体进行保护，将peek零部件生坯的成型粘结剂加热脱除，并对peek零部件生坯进行高温烧结。

作为本发明的技术方案的进一步描述，所述加热脱除-烧结工艺曲线为：先以2℃/min的速率升温至200℃进行成型粘结剂脱除，并保温180min保证脱除完全；然后以2℃/min的速率继续升温至预设温度350-400℃进行热压烧结，并保温100min，之后随炉缓冷，完成成型粘结剂的脱除和peek零部件生坯的高温烧结。

在加热脱除-高温静压烧结的工序中，通过控制升温速率，确保成型粘结剂脱除干净，peek零部件生坯不变形，后续peek零部件生坯也按照预定的升温程序进行高温烧结。

作为本发明的技术方案的进一步描述，所述采用惰性气体进行保护的措施，贯穿于加热脱除-烧结的整个工序。

作为本发明的技术方案的进一步描述，所述惰性气体为氩气或氮气的一种。

在烧结过程中，采用氩气或氮气的惰性气体进行保护，可保护材料的氧化。

基于上述的技术方案，本发明取得的技术效果为：

(1)本发明提供的含peek的3d打印材料，经过优选组分重量份数和重量百分比，将peek粉末和以石蜡和聚乙烯为主体的成型粘结剂混合在一起，作为3d打印成型的原料，其组分原料简单，无需多余的工序处理，即可用于3d打印成型工序中。

(2)本发明提供的3d打印方法，对以peek粉为主要原料的3d打印材料进行激光烧结后，加热脱除成型粘结剂，并采用热等静压烧结的技术，通过热压烧结过程可进一步提高材料的强度和成型一致性，而且打印获得的peek零部件具有优良的机械性能。

(3)本发明提供的3d打印方法，打印工序简单、容易操作，可解决现有的3d打印材料成本昂贵，设备维护复杂的问题。

附图说明

图1为本发明的3d打印方法中的加热脱除-烧结工艺曲线图。

图2为本发明的peek零部件烧结后的支架结构微观形貌图。

图3为本发明的peek零部件烧结后的支架结构断面形貌图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合附图和具体的实施例对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

一种含peek的3d打印材料，按重量份数，包括以下组分：peek粉末80份，成型粘结剂20份；在每份所述成型粘结剂中，按重量百分比由25％的石蜡和75％的聚乙烯组成。

将上述的含peek的3d打印材料用于3d打印方法中，该3d打印方法具体包括以下步骤。

(1)步骤1：按上述组分的重量份数，将peek粉末和成型粘结剂混合在一起，得到3d打印材料，备用。

(2)步骤2：采用3d打印机对3d打印材料进行激光烧结，所述激光烧结的温度控制在180℃以下，打印室温度控制在70℃以下；按照已经设计好需要打印的三维peek零部件产品模型，设置3d打印参数，3d打印成型的peek零部件生坯。

(3)步骤3：将步骤2所述的peek零部件生坯进行成型粘结剂脱除处理。

(4)步骤4：将步骤3的已脱除成型粘结剂的peek零部件生坯在惰性气体的氛围中进行高温静压烧结，生产出目标peek零部件产品。

上述所述步骤3和步骤4的成型粘结剂脱除和高温静压烧结具体过程为：在专用热脱除-烧结炉中，采用氮气进行保护，根据加热脱除-烧结工艺曲线：先以2℃/min的速率升温至200℃进行成型粘结剂脱除，并保温180min保证脱除完全；然后以2℃/min的速率继续升温至预设温度350℃进行热压烧结，并保温100min，之后随炉缓冷，完成成型粘结剂的脱除和peek零部件生坯的高温烧结，生产出目标peek零部件产品。

加热脱除-烧结的程序升温过程，如图1的加热脱除-烧结工艺曲线图所示。

采用上述的含peek的3d打印材料以及3d打印方法，对以peek粉为主要原料的3d打印材料进行激光烧结后，加热脱除成型粘结剂，并采用热等静压烧结的技术，通过热压烧结过程可进一步提高材料的强度和成型一致性，打印获得的peek零部件具有优良的机械性能。

图2为本实施例的peek零部件烧结后的支架结构微观形貌图，从图2中可以看出烧结后的材料致密度良好，无明显的孔洞和裂纹存在。

图3为本实施例的peek零部件烧结后的支架结构断面形貌图，如图3所示，其材料断面非常光滑，无明显的韧窝存在及塑性拉伸迹象，可见材料断裂为脆性断裂，材料强度较高，力学性能良好。

实施例2

一种含peek的3d打印材料，按重量份数，包括以下组分：peek粉末70份，成型粘结剂30份；在每份所述成型粘结剂中，按重量百分比由30％的石蜡和70％的聚乙烯组成。

将上述的含peek的3d打印材料用于3d打印方法中，该3d打印方法具体包括以下步骤。

(1)步骤1：按上述组分的重量份数，将peek粉末和成型粘结剂混合在一起，得到3d打印材料，备用。

(2)步骤2：采用3d打印机对3d打印材料进行激光烧结，所述激光烧结的温度控制在185℃以下，打印室温度控制在75℃以下；按照已经设计好需要打印的三维peek零部件产品模型，设置3d打印参数，3d打印成型的peek零部件生坯。

(3)步骤3：将步骤2所述的peek零部件生坯进行成型粘结剂脱除处理。

(4)步骤4：将步骤3的已脱除成型粘结剂的peek零部件生坯在惰性气体的氛围中进行高温静压烧结，生产出目标peek零部件产品。

上述所述步骤3和步骤4的成型粘结剂脱除和高温静压烧结具体过程为：在专用热脱除-烧结炉中，采用氩气进行保护，根据加热脱除-烧结工艺曲线：先以2℃/min的速率升温至200℃进行成型粘结剂脱除，并保温180min保证脱除完全；然后以2℃/min的速率继续升温至预设温度400℃进行热压烧结，并保温100min，之后随炉缓冷，完成成型粘结剂的脱除和peek零部件生坯的高温烧结，生产出目标peek零部件产品。

采用上述的含peek的3d打印材料以及3d打印方法，对以peek粉为主要原料的3d打印材料进行激光烧结后，加热脱除成型粘结剂，并采用热等静压烧结的技术，通过热压烧结过程可进一步提高材料的强度和成型一致性，打印获得的peek零部件具有优良的机械性能。

实施例3

一种含peek的3d打印材料，按重量份数，包括以下组分：peek粉末90份，成型粘结剂10份；在每份所述成型粘结剂中，按重量百分比由20％的石蜡和80％的聚乙烯组成。

将上述的含peek的3d打印材料用于3d打印方法中，该3d打印方法具体包括以下步骤。

(1)步骤1：按上述组分的重量份数，将peek粉末和成型粘结剂混合在一起，得到3d打印材料，备用。

(2)步骤2：采用3d打印机对3d打印材料进行激光烧结，所述激光烧结的温度控制在180℃以下，打印室温度控制在70℃以下；按照已经设计好需要打印的三维peek零部件产品模型，设置3d打印参数，3d打印成型的peek零部件生坯。

(3)步骤3：将步骤2所述的peek零部件生坯进行成型粘结剂脱除处理。

(4)步骤4：将步骤3的已脱除成型粘结剂的peek零部件生坯在惰性气体的氛围中进行高温静压烧结，生产出目标peek零部件产品。

上述所述步骤3和步骤4的成型粘结剂脱除和高温静压烧结具体过程为：在专用热脱除-烧结炉中，采用氩气气进行保护，根据加热脱除-烧结工艺曲线：先以2℃/min的速率升温至200℃进行成型粘结剂脱除，并保温180min保证脱除完全；然后以2℃/min的速率继续升温至预设温度380℃进行热压烧结，并保温110min，之后随炉缓冷，完成成型粘结剂的脱除和peek零部件生坯的高温烧结，生产出目标peek零部件产品。

采用上述的含peek的3d打印材料以及3d打印方法，对以peek粉为主要原料的3d打印材料进行激光烧结后，加热脱除成型粘结剂，并采用热等静压烧结的技术，通过热压烧结过程可进一步提高材料的强度和成型一致性，打印获得的peek零部件具有优良的机械性能。

实施例4

一种含peek的3d打印材料，按重量份数，包括以下组分：peek粉末75份，成型粘结剂25份；在每份所述成型粘结剂中，按重量百分比由30％的石蜡和70％的聚乙烯组成。

将上述的含peek的3d打印材料用于3d打印方法中，该3d打印方法具体包括以下步骤。

(1)步骤1：按上述组分的重量份数，将peek粉末和成型粘结剂混合在一起，得到3d打印材料，备用。

(2)步骤2：采用3d打印机对3d打印材料进行激光烧结，所述激光烧结的温度控制在180℃以下，打印室温度控制在70℃以下；按照已经设计好需要打印的三维peek零部件产品模型，设置3d打印参数，3d打印成型的peek零部件生坯。

(3)步骤3：将步骤2所述的peek零部件生坯进行成型粘结剂脱除处理。

(4)步骤4：将步骤3的已脱除成型粘结剂的peek零部件生坯在惰性气体的氛围中进行高温静压烧结，生产出目标peek零部件产品。

上述所述步骤3和步骤4的成型粘结剂脱除和高温静压烧结具体过程为：在专用热脱除-烧结炉中，采用氮气进行保护，根据加热脱除-烧结工艺曲线：先以2℃/min的速率升温至200℃进行成型粘结剂脱除，并保温180min保证脱除完全；然后以2℃/min的速率继续升温至预设温度350℃进行热压烧结，并保温100min，之后随炉缓冷，完成成型粘结剂的脱除和peek零部件生坯的高温烧结，生产出目标peek零部件产品。

采用上述的含peek的3d打印材料以及3d打印方法，对以peek粉为主要原料的3d打印材料进行激光烧结后，加热脱除成型粘结剂，并采用热等静压烧结的技术，通过热压烧结过程可进一步提高材料的强度和成型一致性，打印获得的peek零部件具有优良的机械性能。

对比例1(粘结剂中不含石蜡)

一种含peek的3d打印材料，按重量份数，包括以下组分：peek粉末80份，成型粘结剂聚乙烯20份。

将上述的含peek的3d打印材料用于3d打印方法中，该3d打印方法具体包括以下步骤。

(1)步骤1：按上述组分的重量份数，将peek粉末和成型粘结剂混合在一起，得到3d打印材料，备用。

(2)步骤2：采用3d打印机对3d打印材料进行激光烧结，所述激光烧结的温度控制在180℃以下，打印室温度控制在70℃以下；按照已经设计好需要打印的三维peek零部件产品模型，设置3d打印参数，3d打印成型的peek零部件生坯。

(3)步骤3：将步骤2所述的peek零部件生坯进行成型粘结剂脱除处理。

(4)步骤4：将步骤3的已脱除成型粘结剂的peek零部件生坯在惰性气体的氛围中进行高温静压烧结，生产出目标peek零部件产品。

上述所述步骤3和步骤4的成型粘结剂脱除和高温静压烧结具体过程为：在专用热脱除-烧结炉中，采用氮气进行保护，根据加热脱除-烧结工艺曲线：先以2℃/min的速率升温至200℃进行成型粘结剂脱除，并保温180min保证脱除完全；然后以2℃/min的速率继续升温至预设温度350℃进行热压烧结，并保温100min，之后随炉缓冷，完成成型粘结剂的脱除和peek零部件生坯的高温烧结，生产出目标peek零部件产品。

由于上述3d打印材料中，成型粘结剂缺少石蜡，在3d打印时，peek零部件生坯成型性差，无法获得理想的目标生坯。

对比例2(无惰性气体保护)

一种含peek的3d打印材料，按重量份数，包括以下组分：peek粉末80份，成型粘结剂20份；在每份所述成型粘结剂中，按重量百分比由25％的石蜡和75％的聚乙烯组成。

将上述的含peek的3d打印材料用于3d打印方法中，该3d打印方法具体包括以下步骤。

(1)步骤1：按上述组分的重量份数，将peek粉末和成型粘结剂混合在一起，得到3d打印材料，备用。

(2)步骤2：采用3d打印机对3d打印材料进行激光烧结，所述激光烧结的温度控制在180℃以下，打印室温度控制在70℃以下；按照已经设计好需要打印的三维peek零部件产品模型，设置3d打印参数，3d打印成型的peek零部件生坯。

(3)步骤3：将步骤2所述的peek零部件生坯进行成型粘结剂脱除处理。

(4)步骤4：将步骤3的已脱除成型粘结剂的peek零部件生坯进行高温静压烧结，生产出目标peek零部件产品。

上述所述步骤3和步骤4的成型粘结剂脱除和高温静压烧结具体过程为：在专用热脱除-烧结炉中，根据加热脱除-烧结工艺曲线：先以2℃/min的速率升温至200℃进行成型粘结剂脱除，并保温180min保证脱除完全；然后以2℃/min的速率继续升温至预设温度350℃进行热压烧结，并保温100min，之后随炉缓冷，完成成型粘结剂的脱除和peek零部件生坯的高温烧结，生产出目标peek零部件产品。

在上述的3d打印方法中，由于peek零部件生坯在高温烧结时未采用惰性气体进行保护，生产获得的peek零部件产品表面不平整。

以上内容仅仅为本发明的结构所作的举例和说明，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。