专利名称：亚麻布层铺式选择性激光烧结快速成形法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种选择性激光烧结的快速成形方法。
背景技术：
选择性激光烧结(SLS)是快速原型制造的ー种，采用激光器作能源，其工作过程为首先在计算机中建立零件的三维实体CAD模型，用分层软件进行切片处理，得到每ー加工层面的信息，并将其转换为电信号来控制激光扫描系统。在工作台上均匀铺上ー层很薄的加工材料粉末，激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，被激光束照射的加エ材料粉末熔化并在随后的冷却过程中粘结在一起，就完成了ー个层面的加エ；逐层铺粉，逐层扫描烧结，直到完成最后ー层的加工，制造出三维实体模型。全部烧结完后去掉多余的加工材料粉末，再进行打磨、烘干等后续处理便获得零部件。该技术具有加エ材料选择范围广泛、多余材料易于清理、应用范围广等优点，适用于原型及功能零件的制造。目前都采用不同的复合粉体作为选择性激光烧结的原料，于是在选择性激光烧结“推粉”(或称作“铺粉”)过程中常常出现混合粉不均匀、相互粘连聚集，导致铺粉的厚度不均，甚至在某些点位出现复合粉体缺失的情况，从而影响了零部件的相对翘曲率、内部应カ和表面的粗糙度，在外力冲击下极易在有“缺陷”处发生断裂，影响使用安全性，而且成型件受紫外线照射后易氧化降解而导致机械性能变坏。
发明内容
本发明为了解决采用复合粉体作为选择性激光烧结的原料常常出现混合粉不均匀、相互粘连聚集，导致铺粉的厚度不均，甚至在某些点位出现复合粉体缺失，影响零部件的相对翘曲率、内部应カ和表面的粗糙度的缺陷，而提出的ー种亚麻布层铺式选择性激光烧结快速成形法。亚麻布层铺式选择性激光烧结快速成形法按以下步骤进行一、在计算机中建立加工件的三维实体CAD模型，用分层软件进行切片处理，得到每ー加工层面的信息，并转换为电信号控制激光扫描系统；ニ、将ー层亚麻布平展，然后在亚麻布上喷涂固化液，之后进行选择性激光烧结；三、重复步骤ニ，将亚麻布逐层叠放、喷涂固化液，并利用激光扫描系统每ー层逐一进行选择性激光烧结，得到选择性激光烧结半成品；四、将选择性激光烧结半成品放入60°C的甲苯中浸泡5min，然后真空干燥，再放入铜氨溶液浸泡至亚麻纤维溶解，取出后用水冲洗再120°C干燥lh，即完成层铺式选择性激光烧结，得到加工件成品；其中步骤ニ中的固化液由环氧树脂CYD-128和固化剂混合而成，环氧树脂CYD-128与固化剂的质量比为100 8 12 ;超支化聚酯和环氧树脂咪唑加成物按I : I的质量比混合，然后在120°C熔融形成固溶体，再将熔融的固溶体溶解在ニ甲基甲酰胺中制成体积浓度为50%的溶液，即得到步骤ニ中的固化剂。本发明步骤ニ中的环氧树脂咪唑加成物为福建王牌精细化工有限公司生产的Kingcure390。本发明步骤ニ中环氧树脂CYD-128与固化剂的质量比为100 10。本发明步骤ニ中环氧树脂CYD-128和固化剂混合均匀并真空脱泡。本发明控制步骤ニ中激光烧结温度为80 120°C。本发明步骤ニ中亚麻布的厚度为O. Imm O. 2mm。本发明步骤ニ中固化液喷涂使用前40°C预热10 15min。本发明步骤ニ固化液的喷涂量须足以浸润所选用的亚麻布。本发明选用的亚麻布厚度薄，可以提高加工件的加工精度，亚麻布纤维也更容易 被铜氨溶液溶解去除，而且更易于固化液的浸透。本发明选用亚麻布作为选择性激光烧结的原料，具有来源广泛的优点。而且，因为亚麻布本身具有平整和均匀的特点，解决了传统选择性激光烧结过程中因“推粉”过程中出现的混合粉不均匀、相互粘连聚集，导致铺粉的厚度不均的问题。由于本发明方法中固化液采用喷涂的方式且具有优异的流动性和亲润性，所以本发明方法制备出的加工件内部不存在瑕疵点，内部均匀、应カ小，力学性能大幅提升。环氧树脂固化时收缩性低，并利用亚麻布作为“骨架”，因此制成品相对翘曲率小，产生的内应カ小，也有助于提高粘附强度和力学性能。由于固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能，所以本发明方法制备出的加工件可不用进行后续强化处理。而且，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性，赋予本发明方法制备的加工件优异的化学稳定性。本发明方法制备的加工件具有突出的尺寸稳定性和耐久性，还具有耐霉菌的优点。本发明方法可用于制备做薄壁件。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式亚麻布层铺式选择性激光烧结快速成形法按以下步骤进行一、在计算机中建立加工件的三维实体CAD模型，用分层软件进行切片处理，得到每ー加工层面的信息，并转换为电信号控制激光扫描系统；ニ、将ー层亚麻布平展，然后在亚麻布上喷涂固化液，之后进行选择性激光烧结；三、重复步骤ニ，将亚麻布逐层叠放、喷涂固化液，并利用激光扫描系统每ー层逐一进行选择性激光烧结，得到选择性激光烧结半成品；四、将选择性激光烧结半成品放入60°C的甲苯中浸泡5min，然后真空干燥，再放入铜氨溶液浸泡至亚麻纤维溶解，取出后用水冲洗再120°C干燥lh，即完成层铺式选择性激光烧结，得到加工件成品；其中步骤ニ中的固化液由环氧树脂CYD-128和固化剂混合而成，环氧树脂CYD-128与固化剂的质量比为100 : 8 12 ;步骤ニ中固化液喷涂使用前40°C预热10 15min ；
超支化聚酯和环氧树脂咪唑加成物按I : I的质量比混合，然后在120°C熔融形成固溶体，再将熔融的固溶体溶解在ニ甲基甲酰胺中制成体积浓度为50%的溶液，即得到步骤ニ中的固化剂。本实施方式步骤ニ中所喷涂的固化液具有优异的流动性，能浸透亚麻布，渗入亚麻布纤维，并与前ー层(其下面ー层)激光烧结固化的物质相接触；固化液随激光光束烧结而凝固化；因此烧结区域内亚麻布中的亚麻布纤维由内之外都被固化改性，同时上下两层之间通过环氧树脂固化物连接。由于本实施方式烧结区域内的亚麻布纤维都被固化改性，激光烧结固化物(固化后的环氧树脂体系)阻断了铜氨溶液对激光烧结区域内被固化改性亚麻布纤维的溶解。
被铜氨溶液溶解的亚麻布纤维，还可用于制作铜氨纤维，不但能物尽其用，还可增加期附加值，降低生产成本。本实施方式步骤四中将选择性激光烧结半成品放入甲苯中可以有效的溶解、去除没有固化的环氧树脂CYD-128以及固化剂。之后的真空干燥可将有效去除残留的甲苯。本实施方式固化液喷涂使用前40°C预热10 15min，在不降低固化液流动性和浸透性的同时，加快了激光烧结过程中固化液的固化速度。本实施方式步骤四中用水冲洗后再120°C干燥lh，不仅可以除去加工件表面的水分，同时进一歩固化提高产品力学性能。本实施方式的制备方法具有废料易去除，而且本实施方式的制备的加工件强度高，易打磨，不吸湿，不变形，具有防潮性，可在潮湿环境、水溶液、酸溶液或碱溶液中使用。由于本实施方式的制备的加工件热稳定性高，可耐受270°C的高温，适用于较高温度的铸模エ艺。
具体实施方式
ニ 本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤ニ中的环氧树脂咪唑加成物为福建王牌精细化工有限公司生产的Kingcure 390。其它步骤及參数与实施方式一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或ニ的不同点是步骤ニ中环氧树脂CYD-128与固化剂的质量比为100 10。其它步骤及參数与实施方式一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一的不同点是步骤ニ中环氧树脂CYD-128和固化剂混合均匀并真空脱泡。其它步骤及參数与实施方式一至三之一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一的不同点是控制步骤ニ中激光烧结温度为80 120°C。其它步骤及參数与实施方式一至四之一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至四之一的不同点是控制步骤ニ中激光烧结温度为80°C。其它步骤及參数与实施方式一至四之一相同。本实施方式所制备加工件的力学性能最好。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至四之一的不同点是控制步骤ニ中激光烧结温度为120°C。其它步骤及參数与实施方式一至四之一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至四之一的不同点是控制步骤ニ中激光烧结温度为116°C。其它步骤及參数与实施方式一至四之一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至四之一的不同点是控制步骤二中激光烧结温度为90 110°C。其它步骤及参数与实施方式一至四之一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至九之一的不同点是步骤二中亚麻布的厚度为O. Imm O. 2_。其它步骤及参数与实施方式一至九之一相同。
具体实施方式
i^一 本实施方式与具体实施方式
一至九之一的不同点是步骤二中亚麻布的厚度为O. 1_。其它步骤及参数与实施方式一至九之一相同。实施例I亚麻布层铺式选择性激光烧结快速成形法按以下步骤进行一、在计算机中建立加工件的三维实体CAD模型，用分层软件进行切片处理，得到每一加工层面的信息，并转换为电信号控制激光扫描系统； 二、将一层亚麻布平展，然后在亚麻布上喷涂固化液，之后进行选择性激光烧结；三、重复步骤二，将亚麻布逐层叠放、喷涂固化液，并利用激光扫描系统每一层逐一进行选择性激光烧结，得到选择性激光烧结半成品；四、将选择性激光烧结半成品放入60°C的甲苯中浸泡5min，然后真空干燥，再放入铜氨溶液浸泡至亚麻纤维溶解，取出后用水冲洗再120°C干燥lh，即完成层铺式选择性激光烧结，得到加工件成品；其中步骤二中的固化液由环氧树脂CYD-128和固化剂混合而成，并真空脱泡，环氧树脂CYD-128与固化剂的质量比为100 10 ;步骤二中固化液喷涂使用前40°C预热IOmin ；超支化聚酯和环氧树脂咪唑加成物(福建王牌精细化工有限公司生产的Kingcure 390)按I : I的质量比混合，然后在120°C熔融形成固溶体，再将熔融的固溶体溶解在二甲基甲酰胺中制成体积浓度为50%的溶液，即得到步骤二中的固化剂；其中，控制步骤二中激光烧结温度为80°C，激光烧结扫描激光光束的移动速率为900mm/s 1000mm/s,激光光斑的特征半径为O. 3mm,激光光束扫描间距为O. 15mm ;步骤二中亚麻布的厚度为O. 1mm。进行对比实验分3组进行对比实验，第I组以本实施例制备的加工件进行测试，第2组以木粉和热熔胶粉末直接混合粉为原料利用传统选择性激光烧结方法制备的加工件进行测试，第3组以聚丙烯(PP)粉为原料利用传统选择性激光烧结方法制备的加工件进行测试。加工件形状、规格完全相同。第2组和第3组米用分区域扫描方式,激光器输出功率为30 50W,扫描激光光束的移动速率为1800mm/s 2000mm/s，激光光斑的特征半径为O. 3mm，激光光束扫描间距为O. 15mm,分层厚度为O. 1mm。对比实验结果弟I组广品的相对翅曲率为O. 22%, 2组广品的相对翅曲率为O. 89%，第3组产品的相对翘曲率为O. 53%。说明本实施例所选用的方法可制备出成型质量更好的产品。由于第3组产品的脆性太大，以至于轻微震荡或冲击就马上破碎，无法进行力学检测，必须经过浸蜡后处理才能使用。第I组产品的拉伸强度为10. 4MPa，冲击强度为5. 24千焦/平方米，弯曲弹性模量1534MPa。第2组产品的拉伸强度为0.014MPa(小于O. 015MPa)，冲击强度为O. 567千焦/平方米(小于O. 8千焦/平方米)，弯曲强度无法测试。说明选用本实施例产品的力学性能远 远优于第2组和第3。第I组产品的表面粗糙度Ra为O. 006 O. 008mm,第2组产品的表面粗糙度Ra为O. 06 O. 094mm,第3组产品的表面粗糙度Ra为O. I O. 2_。实施例2亚麻布层铺式选择性激光烧结快速成形法按以下步骤进行一、在计算机中建立加工件的三维实体CAD模型，用分层软件进行切片处理，得到每一加工层面的信息，并转换为电信号控制激光扫描系统；二、将一层亚麻布平展，然后在亚麻布上喷涂固化液，之后进行选择性激光烧结；三、重复步骤二，将亚麻布逐层叠放、喷涂固化液，并利用激光扫描系统每一层逐一进行选择性激光烧结，得到选择性激光烧结半成品；四、将选择性激光烧结半成品放入60°C的甲苯中浸泡5min，然后真空干燥，再放入铜氨溶液浸泡至亚麻纤维溶解，取出后用水冲洗再120°C干燥lh，即完成层铺式选择性激光烧结，得到加工件成品；其中步骤二中的固化液由环氧树脂CYD-128和固化剂混合而成，并真空脱泡，环氧树脂CYD-128与固化剂的质量比为100 10 ;步骤二中固化液喷涂使用前40°C预热IOmin ；超支化聚酯和环氧树脂咪唑加成物(福建王牌精细化工有限公司生产的Kingcure 390)按I : I的质量比混合，然后在120°C熔融形成固溶体，再将熔融的固溶体溶解在二甲基甲酰胺中制成体积浓度为50%的溶液，即得到步骤二中的固化剂；其中，控制步骤二中激光烧结温度为116°C，激光烧结扫描激光光束的移动速率为1800mm/s 2000mm/s,激光光斑的特征半径为O. 3mm,激光光束扫描间距为O. 15mm ;步骤二中亚麻布的厚度为O. 1mm。进行对比实验分3组进行对比实验，第I组以本实施例制备的加工件进行测试，第2组以木粉和热熔胶粉末直接混合粉为原料利用传统选择性激光烧结方法制备的加工件进行测试，第3组以聚丙烯(PP)粉为原料利用传统选择性激光烧结方法制备的加工件进行测试。加工件形状、规格完全相同。第2组和第3组米用分区域扫描方式,激光器输出功率为30 50W,扫描激光光束的移动速率为1800mm/s 2000mm/s，激光光斑的特征半径为O. 3mm，激光光束扫描间距为O. 15mm,分层厚度为O. 1mm。对比实验结果弟I组广品的相对翅曲率为O. 23%, 2组广品的相对翅曲率为O. 89%，第3组产品的相对翘曲率为O. 53%。说明本实施例所选用的方法可制备出成型质量更好的产品。由于第3组产品的脆性太大，以至于轻微震荡或冲击就马上破碎，无法进行力学检测，必须经过浸蜡后处理才能使用。第I组产品的拉伸强度为10. 15MPa，冲击强度为
4.98千焦/平方米，弯曲弹性模量1504MPa。第2组产品的拉伸强度为O. 014MPa(小于O. 015MPa)，冲击强度为O. 567千焦/平方米(小于O. 8千焦/平方米)，弯曲强度无法测试。说明选用本实施例产品的力学性能远远优于第2组和第3。第I组产品的表面粗糙度Ra为O. 006 O. 008mm,第2组产品的表面粗糙度Ra为O.06 O. 094mm,第3组产品的表面粗糙度Ra为O. I O. 2_。实施例3亚麻布层铺式选择性激光烧结快速成形法按以下步骤进行—、在计算机中建立加工件的三维实体CAD模型，用分层软件进行切片处理，得到每一加工层面的信息，并转换为电信号控制激光扫描系统；二、将一层亚麻布平展，然后在亚麻布上喷涂固化液，之后进行选择性激光烧结；三、重复步骤二，将亚麻布逐层叠放、喷涂固化液，并利用激光扫描系统每一层逐一进行选择性激光烧结，得到选择性激光烧结半成品；四、将选择性激光烧结半成品放入60°C的甲苯中浸泡5min，然后真空干燥，再放入铜氨溶液浸泡至亚麻纤维溶解，取出后用水冲洗再120°C干燥lh，即完成层铺式选择性激光烧结，得到加工件成品；其中步骤二中的固化液由环氧树脂CYD-128和固化剂混合而成，并真空脱泡，环氧树脂CYD-128与固化剂的质量比为100 10 ;步骤二中固化液喷涂使用前40°C预热15min ；超支化聚酯和环氧树脂咪唑加成物(福建王牌精细化工有限公司生产的Kingcure 390)按I : I的质量比混合，然后在120°C熔融形成固溶体，再将熔融的固溶体溶解在二甲基甲酰胺中制成体积浓度为50%的溶液，即得到步骤二中的固化剂；其中，控制步骤二中激光烧结温度为120°C，激光烧结扫描激光光束的移动速率为900mm/s 1000mm/s,激光光斑的特征半径为O. 3mm,激光光束扫描间距为O. 15mm ;步骤二中亚麻布的厚度为O. 1mm。进行对比实验分3组进行对比实验，第I组以本实施例制备的加工件进行测试，第2组以木粉和热熔胶粉末直接混合粉为原料利用传统选择性激光烧结方法制备的加工件进行测试，第3组以聚丙烯(PP)粉为原料利用传统选择性激光烧结方法制备的加工件进行测试。加工件形状、规格完全相同。第2组和第3组米用分区域扫描方式,激光器输出功率为30 50W,扫描激光光束的移动速率为1800mm/s 2000mm/s，激光光斑的特征半径为O. 3mm，激光光束扫描间距为
O.15mm,分层厚度为O. 1mm。对比实验结果弟I组广品的相对翅曲率为O. 23%, 2组广品的相对翅曲率为
O.89%，第3组产品的相对翘曲率为O. 53%。说明本实施例所选用的方法可制备出成型质量更好的产品。由于第3组产品的脆性太大，以至于轻微震荡或冲击就马上破碎，无法进行力学检测，必须经过浸蜡后处理才能使用。第I组产品的拉伸强度为10. 2MPa，冲击强度为5. 01千焦/平方米，弯曲弹性模量1512MPa。第2组产品的拉伸强度为O. 014MPa(小于
O.015MPa)，冲击强度为O. 567千焦/平方米(小于O. 8千焦/平方米)，弯曲强度无法测试。说明选用本实施例产品的力学性能远远优于第2组和第3。第I组产品的表面粗糙度Ra为O. 006 O. 008mm,第2组产品的表面粗糙度Ra为
O.06 O. 094mm,第3组产品的表面粗糙度Ra为O. I O. 2_。权利要求
1.亚麻布层铺式选择性激光烧结快速成形法，其特征在于亚麻布层铺式选择性激光烧结快速成形法按以下步骤进行 一、在计算机中建立加工件的三维实体CAD模型，用分层软件进行切片处理，得到每ー加工层面的信息，并转换为电信号控制激光扫描系统； ニ、将ー层亚麻布平展，然后在亚麻布上喷涂固化液，之后进行选择性激光烧结； 三、重复步骤ニ，将亚麻布逐层叠放、喷涂固化液，并利用激光扫描系统每ー层逐一进行选择性激光烧结，得到选择性激光烧结半成品； 四、将选择性激光烧结半成品放入60°C的甲苯中浸泡5min，然后真空干燥，再放入铜氨溶液浸泡至亚麻纤维溶解，取出后用水冲洗再120°C干燥lh，即完成层铺式选择性激光烧结，得到加工件成品； 其中步骤ニ中的固化液由环氧树脂CYD-128和固化剂混合而成，环氧树脂CYD-128与固化剂的质量比为100 8 12 ; 超支化聚酯和环氧树脂咪唑加成物按I : I的质量比混合，然后在120°C熔融形成固溶体，再将熔融的固溶体溶解在ニ甲基甲酰胺中制成体积浓度为50%的溶液，即得到步骤ニ中的固化剂。
2.根据权利要求I所述的亚麻布层铺式选择性激光烧结快速成形法，其特征在于步骤ニ中的环氧树脂咪唑加成物为福建王牌精细化工有限公司生产的Kingcure 390。
3.根据权利要求I或2所述的亚麻布层铺式选择性激光烧结快速成形法，其特征在于步骤ニ中环氧树脂CYD-128与固化剂的质量比为100 10。
4.根据权利要求3所述的亚麻布层铺式选择性激光烧结快速成形法，其特征在于步骤ニ中环氧树脂CYD-128和固化剂混合均匀并真空脱泡。
5.根据权利要求4所述的亚麻布层铺式选择性激光烧结快速成形法，其特征在于控制步骤ニ中激光烧结温度为80 120°C。
6.根据权利要求5所述的亚麻布层铺式选择性激光烧结快速成形法，其特征在于步骤ニ中亚麻布的厚度为O. Imm O. 2mm。
7.根据权利要求6所述的亚麻布层铺式选择性激光烧结快速成形法，其特征在于步骤ニ中固化液喷涂使用前40°C预热10 15min。
全文摘要
亚麻布层铺式选择性激光烧结快速成形法，它涉及一种选择性激光烧结的方法。它要解决采用复合粉体作为选择性激光烧结的原料常常出现混合粉不均匀、相互粘连聚集，导致铺粉的厚度不均，甚至在某些点位出现复合粉体缺失，影响零部件的相对翘曲率、内部应力和表面的粗糙度的缺陷。方法一、计算机建模；二、层铺亚麻布、喷涂固化液并选择性激光烧结；三、重复步骤二；四、半成品甲苯中浸泡，然后真空干燥，再放入铜氨溶液浸泡，取出后用水冲洗再120℃干燥1h，即完成层铺式选择性激光烧结。本发明用于选择性激光烧结制备加工零部件或模具制造。
文档编号B29C67/04GK102632617SQ20121014444
公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者于志祥, 刘颖, 姜凯译, 曾伟梁, 郭艳玲 申请人:哈尔滨师范大学