一種用于3d打印石英覆膜砂的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種覆膜砂的制備方法，屬于快速成型的材料領域，特別涉及一種用于3D打印石英覆膜砂的制備方法及應用。
【背景技術】
[0002]石英砂是石英石經破碎加工而成的石英顆粒，石英石是一種非金屬礦物質，是一種堅硬、耐磨、化學性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，其主要礦物成分是S12，石英砂的顏色為乳白色、或無色半透明狀，莫氏硬度7，石英砂是重要的工業(yè)礦物原料，非化學危險品，廣泛用于玻璃、鑄造、陶瓷及耐火材料等。
[0003]覆膜砂是砂粒表面在造型前即覆有一層固體樹脂膜的型砂或芯砂。有冷法和熱法兩種覆膜工藝:冷法用乙醇將樹脂溶解，并在混砂過程中加入烏洛托品，使二者包覆在砂粒表面，乙醇揮發(fā)，得覆膜砂；熱法把砂預熱到一定溫度，加樹脂使其熔融，攪拌使樹脂包覆在砂粒表面，加烏洛托品水溶液及潤滑劑，冷卻、破碎、篩分得覆膜砂。用于鑄鋼件、鑄鐵件。
[0004]覆膜砂是由德國克洛寧博士于二次大戰(zhàn)期間發(fā)明的，其工藝過程是將粉狀的熱固性酚醛樹脂與石英砂機械混合，加熱時固化。后發(fā)展成用熱塑性酚醛樹脂加潛伏性固化劑(烏洛托品)和潤滑劑通過一定的覆膜工藝配制成覆膜砂，當覆膜砂受熱時包覆在砂粒表面的樹脂熔融，在烏洛托品分解出的亞甲基的作用下，熔融的樹脂由線性結構迅速轉變成不熔融的體型結構，從而使覆膜砂固化成型。
[0005]中國的覆膜砂技術始于20世紀50年代中期，60年代曾經一度停用。進入80年代，由于汽車工業(yè)的迅速發(fā)展和機械產品出口的需要，對鑄件的質量提出了更高的要求，從而促進了覆膜砂生產和應用技術的快速發(fā)展。90年代初期全國各地的覆膜砂廠迅速發(fā)展起來，新產品、新技術不斷涌現，到21世紀，我國覆膜砂行業(yè)的年產銷量已經達到90萬噸以上，廣泛用于汽車缸體、缸蓋、進氣歧管，各類管件、栗體等各種復雜鑄件的生產。
[0006]3D打印(3D printing)，是一種以數字模型文件為基礎，運用流體狀、粉末狀、絲(棒)狀等可固化、粘合、熔合材料，通過逐層固化、粘合、熔合的方式來構造物體的技術。常在模具制造、工業(yè)設計等領域被用于制造模型，后逐漸用于一些產品的直接制造，已經有使用這種技術打印而成的零部件。該技術在珠寶、鞋類、工業(yè)設計、建筑、工程和施工(AEC)、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。3D打印技術出現在20世紀90年代中期，實際上是利用光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置。它與普通打印工作原理基本相同，打印機內裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。這打印技術稱為3D立體打印技術。傳統(tǒng)制造業(yè)一般需要對原材料進行切割或鉆孔，即減材制造，可大規(guī)模生產；3D打印是將材料一層層堆疊粘合、熔合，即增材制造；可實現快速個性化制造，可制造出傳統(tǒng)制造業(yè)無法完成的形狀。
[0007]在現有的成型材料領域中，由于SLS (選擇性激光燒結)快速成型技術具有原料來源多樣和零件的構建時間較短等優(yōu)點，故在快速成型領域有著較廣泛的應用。中國發(fā)明專利CN1379061A中公開了一種用于激光燒結成型制品的尼龍粉末材料，通過化學合成和工藝的改進，對尼龍粉末材料的表面進行處理，得到了燒結性能優(yōu)良，成型制品強度高，韌性好的產品，簡化了激光燒結尼龍材料的制備工藝，降低了成本；中國發(fā)明專利CN103567352A中公開了一種選擇性激光燒結快速成型覆膜砂的生產工藝，通過熱塑性酚醛樹脂、烏洛托品、硬脂酸鈣和偶聯(lián)劑KH-550采用熱涂膜的方法制備的。
[0008]激光燒結屬于增材制造的一種方法。這種工藝也是以激光器為能量源，通過激光束使塑料、蠟、陶瓷、金屬或其復合物的粉末均勻地燒結在加工平面上。在工作臺上均勻鋪上一層很薄(亞毫米級)的粉末作為原料，激光束在計算機的控制下，通過掃描器以一定的速度和能量密度按分層面的二維數據掃描。經過激光束掃描后，相應位置的粉末就燒結成一定厚度的實體片層，未掃描的地方仍然保持松散的粉末狀。這一層掃描完畢后，隨后需要對下一層進行掃描。先根據物體截層厚度即分層層厚而降低工作臺，鋪粉滾筒再一次將粉末鋪平，可以開始新一層的掃描。如此反復，直至掃描完所有層面。去掉多余粉末，并經過后處理，即可獲得產品。
[0009]本發(fā)明通過對石英砂進行表面改性，將高分子的膠粘劑涂層到石英砂表面，在涂層是加入還原劑既可以增加覆膜砂吸收激光的能量又可以吸收成型過程中的氣體，得到一種適合激光燒結快速成型的高強度低發(fā)氣覆膜砂。該材料可以方便快捷地成形精密、異型、復雜的部件，不需要噴灑粘接劑，大大簡化才做程序。此外，本專利提供的方法簡單，成本低。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明的目是提供一種用于3D打印石英覆膜砂，本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現。
[0011]一種用于3D打印石英覆膜砂制備方法，其特征在于，該方法具有以下工藝步驟:
(1)石英砂預處理:將石英砂用水清洗后，浸泡在質量百分濃度為1~2%的十二烷基磺酸鈉的水溶液中，室溫放置10~12小時，過濾，用水洗滌至中性，干燥，得到預處理石英砂；
(2)3D打印石英覆膜砂:在攪拌機中，按質量百分比加入，預處理石英砂:75%~80%，環(huán)氧樹脂:3.5%~6.5%，硬脂酸酰胺:0.2%~0.8%，油酸酰胺:0.1%~0.4%，均苯四甲酸酐胺:
0.3%~1.0%，鄰羥基苯甲酸苯酯:1.0%~3.0%，開啟攪拌機轉速在200轉/分鐘，研磨lOmin，再加入丙酮:10%~15%，各組分之和為百分之百，開啟研磨機轉速在250轉/分鐘，研磨30min，干燥，得到3D打印石英覆膜砂。
[0012]在步驟(I)中所述的石英砂的粒徑在80~100目范圍內。
[0013]在步驟(2)中所述的環(huán)氧樹脂為固體光敏性環(huán)氧樹脂樹脂。
[0014]在步驟(2)中所述的硬脂酸酰胺與油酸酰胺的質量比在1:0.3-0.5范圍最優(yōu)。
[0015]本發(fā)明所述的顆粒度通過過篩確定。
[0016]本發(fā)明的另一目的是提供3D打印石英覆膜砂在3D打印機上成型的應用，特點為:將3D打印石英覆膜砂加入到選擇性激光燒結成型機的供粉缸中，鋪粉滾輪將粉末材料均勻地鋪在加工平面上并被加熱至加工溫度，激光器發(fā)出激光，計算機控制激光器的開關及掃描器的角度，使得激光束在加工平面上根據對應的二維片層形狀進行掃描，激光束掃過之后，工作臺下移一個層厚，再鋪粉，激光束掃描，如此反復，得到激光燒結件；其中激光束在加工平面上掃描的方式為分區(qū)域掃描，激光功率為40W，掃描速度為1500mm/s，掃描間距為0.1-0.15_，分層厚度為0.10-0.2_，預熱溫度:50°C，加工溫度為140~160°C。
[0017]本發(fā)明與現有技術比較，具有如下優(yōu)點及有益效果:
(O本發(fā)明獲得3D打印石英覆膜砂，不需要噴灑粘結劑在激光燒結條件下可直接成型。
[0018](2)本發(fā)明獲得3D打印石英覆膜砂，性質穩(wěn)定，低發(fā)氣；制造出產品具有表面光澤度高，精度高等特點。
[0019](3)本發(fā)明獲得3D打印石英覆膜砂，具有制備工藝簡單，條件易于控制，生產成本低，易于工業(yè)化生產，涂膜均勻，又具有低碳環(huán)保和節(jié)約能源等優(yōu)勢。