專(zhuān)利名稱(chēng)：用于選擇性激光燒結(jié)成形的覆膜砂及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新型材料領(lǐng)域，具體涉及一種用于選擇性激光燒結(jié)(SLS)成形的覆膜 砂及其制備方法。
背景技術(shù)：
SLS技術(shù)是一種用激光作為熱源來(lái)燒結(jié)粉末材料成形的快速成形技術(shù)(rapid prototyping, RP)，它采用離散、堆積成型的原理，借助于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，在無(wú)需任 何工裝模具的情況下，將固體粉末材料直接成形為三維實(shí)體零件，不受成形件復(fù)雜度的影 響。SLS技術(shù)可以直接制備用于鑄造的砂型(芯)，從零件圖紙到鑄型(芯)的工藝設(shè) 計(jì)、鑄型(芯)的三維實(shí)體造型等都是由計(jì)算機(jī)完成。特別是對(duì)于一些空間的曲面或流道， 用傳統(tǒng)方法成形十分困難，若用SLS技術(shù)，則這一過(guò)程就會(huì)變得十分簡(jiǎn)單，因?yàn)樗皇芰慵?復(fù)雜程度的限制。傳統(tǒng)成形方法制備大尺寸砂型(芯)時(shí)，常將砂型分成幾塊，然后分別制 備，并且將砂芯分別拔出后進(jìn)行組裝，因而需要考慮裝配定位和精度問(wèn)題。而用SLS技術(shù)可 實(shí)現(xiàn)砂型(芯)的整體成形，不僅簡(jiǎn)化了分離模塊的過(guò)程，鑄件的精度也得以提高。因此， 用SLS技術(shù)成形砂型(芯)的在鑄造領(lǐng)域中有著廣闊的前景。目前，用于SLS成形的覆膜砂均為傳統(tǒng)鑄造工藝用酚醛樹(shù)脂覆膜砂，現(xiàn)有技術(shù) 中已公開(kāi)了此類(lèi)覆膜砂的制備工藝。如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利“一種覆膜砂配制工藝”(專(zhuān)利號(hào) 93116639. X)中公開(kāi)了一種覆膜砂的制備工藝，該工藝中，不僅加入了原砂、粘接劑和固化 齊U，還加入一定量的酸性水溶液、增塑劑或偶聯(lián)劑等；中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利“耐高溫覆膜砂制備工 藝”(專(zhuān)利號(hào)=00108082. 2)中公開(kāi)了一種耐高溫覆膜砂制備工藝，該工藝簡(jiǎn)化了耐高溫覆 膜砂的制備工藝。然而，現(xiàn)有的酚醛樹(shù)脂覆膜砂及其制備工藝都是針對(duì)傳統(tǒng)成形方法而開(kāi)發(fā)的，而 不是針對(duì)SLS成形技術(shù)開(kāi)發(fā)的。存在的問(wèn)題是現(xiàn)有酚醛樹(shù)脂覆膜砂的SLS成形件(后固 化前)的強(qiáng)度偏低，一些精細(xì)結(jié)構(gòu)在清粉、轉(zhuǎn)移等后處理工序中容易損壞，而且大尺寸成形 件更容易斷裂。造成酚醛樹(shù)脂覆膜砂的SLS成形件強(qiáng)度偏低的主要原因?yàn)榕c傳統(tǒng)加熱固 化成形不同，激光掃描成形時(shí)光束照射加熱的時(shí)間非常短，而覆膜砂的熱傳導(dǎo)系數(shù)又較小， 這就造成在單層內(nèi)的一些區(qū)域以及層與層結(jié)合區(qū)域酚醛樹(shù)脂沒(méi)有固化交聯(lián)，砂顆粒僅是靠 酚醛樹(shù)脂軟化而粘接，然而酚醛樹(shù)脂和砂的界面結(jié)合較差，這就造成其SLS成形件(后固化 前)的強(qiáng)度偏低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于選擇性激光燒結(jié)成形的覆膜砂，其SLS成形件的 強(qiáng)度較高，可用于成形大尺寸及具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的鑄造用砂型(芯)；本發(fā)明還提供了該覆膜 砂的制備方法。本發(fā)明提供的一種用于選擇性激光燒結(jié)成形的覆膜砂，其特征在于，該覆膜砂包括原砂、復(fù)合粘接劑、固化劑、潤(rùn)滑劑以及光吸收劑；所述粘接劑為酚醛樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)成的復(fù)合粘接劑，加入量與原砂的比例按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)為2-3 100;復(fù)合粘接劑的組成為酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量百分比為50-75%，其余為 環(huán)氧樹(shù)脂；所述固化劑為六亞甲基四胺，其加入量與粘接劑的比例按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)為 10-15 100 ；所述潤(rùn)滑劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣或硬脂酸鋰，其加入量與粘接劑的比例按質(zhì)量 分?jǐn)?shù)計(jì)為3-7 100 ；所述光吸收劑為炭黑，炭黑的平均粒徑為50 lOOnm，其加入量與粘接劑的比例 按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)為0.5-1 100。上述覆膜砂的制備方法，其過(guò)程為(1)將環(huán)氧樹(shù)脂冷卻到-140 _150°C，將其進(jìn)行粉碎加工成粉末；(2)將步驟(1)得到的粉末篩分，得到粒徑分布在10 50μπι間的環(huán)氧樹(shù)脂粉末；(3)利用所述原砂，酚醛樹(shù)脂，固化劑和潤(rùn)滑劑制備酚醛樹(shù)脂覆膜砂；(4)將炭黑和步驟(2)得到的環(huán)氧樹(shù)脂粉末加入到步驟(3)中制備的酚醛樹(shù)脂覆 膜砂中，混合均勻。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在常規(guī)的酚醛樹(shù)脂覆膜砂中加入了環(huán)氧樹(shù)脂及炭黑粉 末，形成了用于選擇性激光燒結(jié)成形的新型覆膜砂。環(huán)氧樹(shù)脂中含有比酚醛樹(shù)脂更多的極 性基團(tuán)，與原砂的界面粘接好于酚醛樹(shù)脂，而且環(huán)氧樹(shù)脂的活性高于酚醛樹(shù)脂，因此在激光 的作用下可以形成更多的固化粘接；加入的炭黑為光吸收劑，可以增加材料對(duì)激光的吸收 率。因此本發(fā)明覆膜砂的SLS成形件強(qiáng)度明顯高于傳統(tǒng)單純的酚醛樹(shù)脂覆膜砂，可用于SLS 成形大尺寸及具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的鑄造用砂型(芯)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的用于SLS成形的覆膜砂，包括原砂、復(fù)合粘接劑、固化劑、潤(rùn)滑劑以 及光吸收劑；環(huán)氧樹(shù)脂在常溫下為固體，軟化點(diǎn)在75_90°C，種類(lèi)可是雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛環(huán) 氧樹(shù)脂等，優(yōu)選雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂。固化劑為烏洛托品(六亞甲基四胺)。本發(fā)明使用潤(rùn)滑劑的目的是提高覆膜砂的 流動(dòng)性，可為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣或硬脂酸鋰，優(yōu)選使用硬脂酸鈣。本發(fā)明使用炭黑作為光 吸收劑，以提高覆膜砂對(duì)激光的吸收率。在制備方法中，酚醛樹(shù)脂覆膜砂的方法是采用已有工藝如熱法覆膜工藝或冷法覆 膜工藝。所制備的這種新型覆膜砂主要用于SLS成形大型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄造用砂型(芯)。下面列舉4個(gè)實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。但本發(fā)明并不局限于此。本領(lǐng) 域一般技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容，采用其它原料和工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。實(shí)施例1 (1)將雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂E-06在低溫冷凍設(shè)備中冷卻到_150°C，采用高速?zèng)_擊式 粉碎機(jī)將其進(jìn)行粉碎加工；(2)將步驟(1)得到的粉末通過(guò)氣流式篩分，得到粒徑分布在10 50μπι間的環(huán)氧樹(shù)脂粉末。(3)采用熱法覆膜工藝制備酚醛樹(shù)脂覆膜砂，其中原砂為5000g，酚醛樹(shù)脂為 75g(原砂和復(fù)合粘接劑的質(zhì)量比為2 100，復(fù)合粘接劑中酚醛樹(shù)脂質(zhì)量百分比為75%)， 固化劑烏洛托品為IOg(固化劑與復(fù)合粘接劑的質(zhì)量比為10 100)，潤(rùn)滑劑硬脂酸鋅 7g(潤(rùn)滑劑與復(fù)合粘接劑的質(zhì)量比為7 100)。(4)將步驟(2)得到的25g的環(huán)氧樹(shù)脂粉末、0. 5g平均粒徑為50nm的炭黑(炭黑 和復(fù)合粘接劑的質(zhì)量比為0.5 100)及步驟(3)得到的酚醛樹(shù)脂覆膜砂加入高速混合機(jī) 中，進(jìn)行均勻混合。
實(shí)施例2 (1)將雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂E-12在低溫冷凍設(shè)備中冷卻到_150°C，采用高速?zèng)_擊式 粉碎機(jī)將其進(jìn)行粉碎加工；(2)將步驟(1)得到的粉末通過(guò)氣流式篩分，得到粒徑分布在10 50μπι間的環(huán) 氧樹(shù)脂粉末。(3)采用熱法覆膜工藝制備酚醛樹(shù)脂覆膜砂，其中原砂為5000g，酚醛樹(shù)脂為 75g(原砂和復(fù)合粘接劑的質(zhì)量比為3 100，復(fù)合粘接劑中酚醛樹(shù)脂質(zhì)量百分比為50%)， 固化劑烏洛托品為22. 5g(固化劑與復(fù)合粘接劑的質(zhì)量比為15 100)，潤(rùn)滑劑硬脂酸鋰 4. 5g(潤(rùn)滑劑與復(fù)合粘接劑的質(zhì)量比為3 100)。(4)將步驟⑵得到的75g的環(huán)氧樹(shù)脂粉末、1. 5g平均粒徑為IOOnm的炭黑(炭 黑和復(fù)合粘接劑的質(zhì)量比為ι 100)及步驟(3)得到的酚醛樹(shù)脂覆膜砂加入高速混合機(jī) 中，進(jìn)行均勻混合。實(shí)施例3 (1)將雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂E-06在低溫冷凍設(shè)備中冷卻到_150°C，采用高速?zèng)_擊式 粉碎機(jī)將其進(jìn)行粉碎加工；(2)將步驟(1)得到的粉末通過(guò)氣流式篩分，得到粒徑分布在10 50μπι間的環(huán) 氧樹(shù)脂粉末。(3)采用冷法覆膜工藝制備酚醛樹(shù)脂覆膜砂，其中原砂為5000g，酚醛樹(shù)脂為 75g(原砂和復(fù)合粘接劑的質(zhì)量比為2. 4 100，復(fù)合粘接劑中酚醛樹(shù)脂質(zhì)量百分比為 62. 5%)，固化劑烏洛托品為15g(固化劑與復(fù)合粘接劑的質(zhì)量比為12. 5 100)，潤(rùn)滑劑硬 脂酸鈣6g(潤(rùn)滑劑與復(fù)合粘接劑的質(zhì)量比為5 100)。(4)將步驟⑵得到的45g的環(huán)氧樹(shù)脂粉末、0. 9g平均粒徑為SOnm的炭黑(炭黑 和復(fù)合粘接劑的質(zhì)量比為0.75 100)及步驟(3)得到的酚醛樹(shù)脂覆膜砂加入高速混合機(jī) 中，進(jìn)行均勻混合，過(guò)篩。實(shí)例4 (1)將雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂E-12在低溫冷凍設(shè)備中冷卻到_150°C，采用高速?zèng)_擊式 粉碎機(jī)將其進(jìn)行粉碎加工；(2)將步驟(1)得到的粉末通過(guò)氣流式篩分，得到粒徑分布在10 50μπι間的環(huán) 氧樹(shù)脂粉末。(3)采用冷法覆膜工藝制備酚醛樹(shù)脂覆膜砂，其中原砂為5000g，酚醛樹(shù)脂為 84g(原砂和復(fù)合粘接劑的質(zhì)量比為2. 8 100，復(fù)合粘接劑中酚醛樹(shù)脂質(zhì)量百分比為60% )，固化劑烏洛托品為19. 6g(固化劑與復(fù)合粘接劑的質(zhì)量比為14 100)，潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣8. 4g(潤(rùn)滑劑與復(fù)合粘接劑的質(zhì)量比為6 100)。(4)將步驟(2)得到的56g的環(huán)氧樹(shù)脂粉末、1. 19g平均粒徑為SOnm的炭黑(炭 黑和復(fù)合粘接劑的質(zhì)量比為0.85 100)及步驟(3)得到的酚醛樹(shù)脂覆膜砂加入高速混合 機(jī)中，進(jìn)行均勻混合，過(guò)篩。本發(fā)明不僅局限于上述具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi) 容，可以采用其它多種具體實(shí)施方式
實(shí)施本發(fā)明，因此，凡是采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和思 路，做一些簡(jiǎn)單的變化或更改的設(shè)計(jì)，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種用于選擇性激光燒結(jié)成形的覆膜砂，其特征在于，該覆膜砂包括原砂、復(fù)合粘接劑、固化劑、潤(rùn)滑劑以及光吸收劑；所述粘接劑為酚醛樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)成的復(fù)合粘接劑，加入量與原砂的比例按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)為2-3∶100；復(fù)合粘接劑的組成為酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量百分比為50-75％，其余為環(huán)氧樹(shù)脂；所述固化劑為六亞甲基四胺，其加入量與粘接劑的比例按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)為10-15∶100；所述潤(rùn)滑劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣或硬脂酸鋰，其加入量與粘接劑的比例按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)為3-7∶100；所述光吸收劑為炭黑，炭黑的平均粒徑為50～100nm，其加入量與粘接劑的比例按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)為0.5-1∶100。
2.—種權(quán)利要求1所述覆膜砂的制備方法，其過(guò)程為(1)將環(huán)氧樹(shù)脂冷卻到-140 _150°C，將其進(jìn)行粉碎加工成粉末；(2)將步驟(1)得到的粉末篩分，得到粒徑分布在10 50μ m間的環(huán)氧樹(shù)脂粉末；(3)利用所述原砂，酚醛樹(shù)脂，固化劑和潤(rùn)滑劑制備酚醛樹(shù)脂覆膜砂；(4)將炭黑和步驟(2)得到的環(huán)氧樹(shù)脂粉末加入到步驟(3)中制備的酚醛樹(shù)脂覆膜砂 中，混合均勻。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于選擇性激光燒結(jié)成形的覆膜砂及其制備方法，該覆膜砂包括原砂、復(fù)合粘接劑、固化劑、潤(rùn)滑劑以及光吸收劑；復(fù)合粘接劑為酚醛樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)成的復(fù)合粘接劑，固化劑為六亞甲基四胺，潤(rùn)滑劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣或硬脂酸鋰；光吸收劑為炭黑。制備工藝為首先將環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行深冷粉碎，再通過(guò)篩分法選擇合適粒徑分布的環(huán)氧樹(shù)脂粉末，最后將一定比例的環(huán)氧樹(shù)脂粉末、炭黑以及采用已有工藝制備的酚醛樹(shù)脂覆膜砂均勻混合。由于這種覆膜砂的SLS成形件強(qiáng)度較高，可用于SLS成形大型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄造用砂型(芯)。
文檔編號(hào)B22C1/02GK101823119SQ20101019206
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者史玉升, 張升, 文世峰, 楊勁松, 沈其文, 蔡道生, 閆春澤 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)