本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種選擇性激光燒結(jié)用聚氨酯材料的制備方法。

背景技術(shù)：

3d打印技術(shù)是增材制造技術(shù)的通稱(chēng)，是一項(xiàng)具有數(shù)字化制造、高度柔性和適應(yīng)性、直接cad模型驅(qū)動(dòng)、快速、材料類(lèi)型豐富多樣等鮮明特點(diǎn)的先進(jìn)制造技術(shù)，其可將原型的幾何形狀、結(jié)構(gòu)和所選材料的組合信息建立數(shù)據(jù)化描述模型，之后把這些信息輸出到計(jì)算機(jī)控制的機(jī)電集成制造系統(tǒng)進(jìn)行逐點(diǎn)、逐線、逐面的三維堆砌成型生產(chǎn)三維實(shí)體。相對(duì)于傳統(tǒng)的減材制造加工技術(shù)，增材制造技術(shù)無(wú)需原胚和模具就能直接通過(guò)計(jì)算機(jī)模型數(shù)據(jù)，通過(guò)逐層疊加的方法生產(chǎn)任何所需的實(shí)體件，能夠有效的簡(jiǎn)化產(chǎn)品的制造程序、縮短產(chǎn)品的研制周期，提高效率并降低成本。3d打印技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造、模具制造、生物工程及醫(yī)療、建筑、藝術(shù)制造等諸多領(lǐng)域。選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（sls）是目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的一種3d打印方法，此方法能夠制造出高精度的制造件，已被很多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

聚氨酯是一種新興的有機(jī)高分子材料，因其卓越的性能而被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域，特別在鞋業(yè)生產(chǎn)中。聚氨酯鞋底具有諸多優(yōu)點(diǎn)：密度低，質(zhì)地柔軟，穿著舒適輕便；尺寸穩(wěn)定性好，儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)；優(yōu)異的耐磨性能、耐撓曲性能；優(yōu)異的減震、防滑性能；較好的耐溫性能；良好的耐化學(xué)品性能等等，使得該材料多用于制造高檔皮鞋、運(yùn)動(dòng)鞋、旅游鞋等。隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)于鞋的要求也越來(lái)越高，尤其是運(yùn)動(dòng)員，希望能制造更高端、更貼腳的運(yùn)動(dòng)鞋，且隨著3d打印技術(shù)的快速發(fā)展，其正好能夠根據(jù)不同人的腳來(lái)設(shè)計(jì)鞋，使鞋能夠完全的貼合腳型，從而制造出運(yùn)動(dòng)員專(zhuān)屬的舒適鞋。

然而，雖然傳統(tǒng)的聚酰胺粒料制備已經(jīng)比較成熟，但聚酰胺粉末的制備，往往很難控制粉末顆粒的大小和形貌。而在實(shí)際應(yīng)用于3d打印時(shí)，不規(guī)整的粉末顆粒會(huì)導(dǎo)致鋪粉過(guò)程中甩粉，從而使制件表面粗糙。同時(shí)，較差的粉末堆積，使得粉末間的空隙增多，容易引起燒結(jié)過(guò)程中的翹曲，從而大大降低了制件的強(qiáng)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種鋪粉效果好，制件強(qiáng)度高的選擇性激光燒結(jié)用聚氨酯材料的制備方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種選擇性激光燒結(jié)用聚氨酯材料的制備方法，包括：

步驟一：將聚氨酯粒料進(jìn)行深冷粉碎得到粉末顆粒；

步驟二：將粉末顆粒進(jìn)行干燥；

步驟三：將經(jīng)過(guò)干燥得到的粉末顆粒、粉末流動(dòng)助劑以及尼龍粉末混合攪拌得到選擇性激光燒結(jié)用聚氨酯材料，其中，尼龍粉末的平均粒度小于聚氨酯粉末的平均粒度。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述流動(dòng)助劑包括氣相二氧化硅，氣相二氧化鈦，甲基硅氧烷，氯化硅氧烷中的一種或幾種。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述尼龍粉末選用高強(qiáng)度的尼龍粉末。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述尼龍粉末為尼龍6、尼龍66、尼龍610、尼龍612、尼龍11或尼龍12。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述流動(dòng)助劑的重量占粉末總量的0.2%-0.5%，所述尼龍粉末的重量占粉末總量的5%-10%。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，通過(guò)深冷粉碎得到粉末顆粒的粒徑在150μm以下。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，通過(guò)深冷粉碎得到粉末顆粒的粉末粒徑為：d10為30um-50um；d50為60um-80um；d90為130um-150um。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，將粉末顆粒進(jìn)行干燥具體為：

將粉末顆粒放入溫度為80℃-100℃的烘箱，干燥2h以上，使粉末顆粒含水量在0.5%以下。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述尼龍粉末為尼龍12。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述聚氨酯粒料為tpu粒料。

本發(fā)明的選擇性激光燒結(jié)用聚氨酯材料的制備方法具備以下有益效果：

1、通過(guò)對(duì)聚氨酯粒料進(jìn)行深冷粉碎可得到粒徑較為集中的粉末顆粒，這樣相對(duì)于其它粉碎工藝來(lái)說(shuō)更有利于燒結(jié)過(guò)程中的鋪粉；

2、通過(guò)將粉末顆粒進(jìn)行干燥，能降低粉末中水分在燒結(jié)過(guò)程中帶來(lái)的缺陷。由于聚氨酯粉末本身具有一定的吸水性，在空氣中久置吸水，水分在激光加熱后會(huì)汽化成蒸汽，從而形成粉末間的空隙。而通過(guò)干燥過(guò)程，能減少粉末中水分產(chǎn)生的空隙。

3、相對(duì)于傳統(tǒng)方法在聚氨酯顆粒聚合過(guò)程中加入增強(qiáng)填料，再經(jīng)過(guò)粉碎制得的粉末，其粉末間的空隙增多，從而引起燒結(jié)過(guò)程中的翹曲弊端；本發(fā)明通過(guò)深冷粉碎制得聚氨酯粉末，并在聚氨酯粉末中添加粒徑較小，球狀的尼龍粉末作為其空隙間的填充，這樣能很好地解決通過(guò)深冷粉碎制得的具有不規(guī)則形狀的粉末，其粉末間不可避免存在空隙的弊端，因此，本發(fā)明通過(guò)填充空隙不僅增加了鋪粉過(guò)程中的流動(dòng)性，而且使得燒結(jié)后制件的強(qiáng)度有所提高。

具體實(shí)施方式

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種選擇性激光燒結(jié)用聚氨酯材料的制備方法，包括：

步驟一：將聚氨酯粒料進(jìn)行深冷粉碎得到粉末顆粒；

具體地，設(shè)置深冷溫度在-120℃到-150℃，攪拌頻率在35hz-45hz，并在該條件下通過(guò)深冷粉碎得到粉末顆粒的粒徑在150μm以下，例如，優(yōu)選地，通過(guò)深冷粉碎得到粉末顆粒的粉末粒徑為：d10為30um-50um；d50為60um-80um；d90為130um-150um。在此需說(shuō)明的是，d10=30um，其含義是30um以下的占總量的10%；d50=70um，其含義是70um以下的占總量的50%；d90=130um，其含義是130um以下的占總量的90%。

步驟二：將粉末顆粒進(jìn)行干燥；

優(yōu)選地，可將粉末顆粒放入溫度為80℃-100℃的烘箱，干燥2h以上，使粉末顆粒含水量在0.5%以下。

步驟三：將經(jīng)過(guò)干燥得到的粉末顆粒、粉末流動(dòng)助劑以及尼龍粉末混合攪拌得到選擇性激光燒結(jié)用聚氨酯材料，其中，尼龍粉末的平均粒度小于聚氨酯粉末的平均粒度。

tpu(全稱(chēng)thermoplasticpolyurethanes),名稱(chēng)為熱塑性聚氨酯彈性體橡膠，其是聚氨酯的一種材料。具體實(shí)施中，所述聚氨酯粒料可為tpu粒料，當(dāng)然其還可適用于其它類(lèi)別的聚氨酯，在此不做一一例舉。進(jìn)一步，所述tpu粒料可采用聚酯類(lèi)，但該方法同樣適用于聚醚類(lèi)，聚碳酸酯類(lèi)，聚己內(nèi)酯類(lèi)等其他類(lèi)的tpu。優(yōu)選地，tpu粉末d50在70um，該大小顆粒能較好的均勻堆積，減少鋪粉過(guò)程中的空隙。

具體實(shí)施中，所述流動(dòng)助劑包括氣相二氧化硅，氣相二氧化鈦，甲基硅氧烷，氯化硅氧烷中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述流動(dòng)助劑的重量占粉末總量的0.2%-0.5%。

優(yōu)選地，所述尼龍粉末選用高強(qiáng)度的尼龍粉末，這樣可進(jìn)一步提高聚氨酯的強(qiáng)度。具體實(shí)施中，所述尼龍粉末為尼龍6、尼龍66、尼龍610、尼龍612、尼龍11或尼龍12；其中，尼龍粉末的重量占粉末總量的5%-10%。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述尼龍粉末選用尼龍12，因?yàn)槠鋸?qiáng)度高于tpu粉末，且其熔點(diǎn)較其他尼龍更接近tpu粉末，因此其在激光掃描時(shí)能更好地熔融并填充空隙。尼龍12粉末優(yōu)選d50在50um。較小的粒徑有利于鋪粉過(guò)程中填充tpu粉末間的空隙，能很好的增加粉末的流動(dòng)性，也有利于尼龍的熔融。

為了讓本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解并實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案，以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)例一

(a)取用聚酯類(lèi)tpu粒料10kg，倒入深冷粉碎機(jī)中，充入液氮降溫至-130℃，保持溫度的穩(wěn)定，將攪拌的頻率設(shè)置為40hz，開(kāi)啟進(jìn)料開(kāi)關(guān)粉碎粒料。最終得到粒料9.5kg，粉末粒徑d50為70um。

(b)將制備得到的tpu粉末放入烘箱中，設(shè)定干燥溫度為90℃，干燥3h，干燥完取樣測(cè)試濕度為0.4%。

(c)將干燥后的tpu粉末倒入攪拌裝置，加入尼龍12粉末0.55kg和流動(dòng)助劑氣相二氧化硅25g，攪拌1h，最終得到適用于選擇性激光燒結(jié)的聚氨酯粉末材料。

實(shí)例二

(a)取用聚酯類(lèi)tpu粒料10kg，倒入深冷粉碎機(jī)中，充入液氮降溫至-130℃，保持溫度的穩(wěn)定，將攪拌的頻率設(shè)置為43hz，開(kāi)啟進(jìn)料開(kāi)關(guān)粉碎粒料。最終得到粒料9.5kg，粉末粒徑d50為60um。

(b)將制備得到的tpu粉末放入烘箱中，設(shè)定干燥溫度為90℃，干燥3h，干燥完取樣測(cè)試濕度為0.4%。

(c)將干燥后的tpu粉末倒入攪拌裝置，加入尼龍12粉末0.55kg和流動(dòng)助劑氣相二氧化硅25g，攪拌1h，最終得到適用于選擇性激光燒結(jié)的聚氨酯粉末材料。

實(shí)例三

(a)取用聚酯類(lèi)tpu粒料10kg，倒入深冷粉碎機(jī)中，充入液氮降溫至-130℃，保持溫度的穩(wěn)定，將攪拌的頻率設(shè)置為38hz，開(kāi)啟進(jìn)料開(kāi)關(guān)粉碎粒料。最終得到粒料9.5kg，粉末粒徑d50為80um。

(b)將制備得到的tpu粉末放入烘箱中，設(shè)定干燥溫度為90℃，干燥3h，干燥完取樣測(cè)試濕度為0.4%。

(c)將干燥后的tpu粉末倒入攪拌裝置，加入尼龍12粉末0.55kg和流動(dòng)助劑氣相二氧化硅25g，攪拌1h，最終得到適用于選擇性激光燒結(jié)的聚氨酯粉末材料。

實(shí)例四

(a)取用聚酯類(lèi)tpu粒料10kg，倒入深冷粉碎機(jī)中，充入液氮降溫至-130℃，保持溫度的穩(wěn)定，將攪拌的頻率設(shè)置為40hz，開(kāi)啟進(jìn)料開(kāi)關(guān)粉碎粒料。最終得到粒料9.5kg，粉末粒徑d50為70um。

(b)將制備得到的tpu粉末放入烘箱中，設(shè)定干燥溫度為90℃，干燥3h，干燥完取樣測(cè)試濕度為0.4%。

(c)將干燥后的tpu粉末倒入攪拌裝置，加入尼龍6粉末0.55kg和流動(dòng)助劑氣相二氧化硅25g，攪拌1h，最終得到適用于選擇性激光燒結(jié)的聚氨酯粉末材料。

將通過(guò)實(shí)施例一—實(shí)施例四所制得的選擇性激光燒結(jié)用聚氨酯材料進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試，得到的測(cè)試結(jié)果如下表1。

表1、實(shí)施例一-實(shí)施例四提供的選擇性激光燒結(jié)用聚氨酯材料的制備方法的性能

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不代表對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。