本發(fā)明涉及一種激光燒結(jié)3D打印快速成型粉體材料的制備方法，屬于快速成型的材料領域，特別涉及一種以糖為膠粘劑制備3D打印氮化鈦粉體材料的方法及激光燒結(jié)3D打印成型。
背景技術：
糖是由甘蔗和甜菜榨出的糖蜜制成的精糖，是由葡萄糖及果糖各一個分子脫水縮合而成的非還原性的雙糖，加熱至160℃，便熔化成為濃稠透明的液體，冷卻時又重新結(jié)晶。加熱時間延長，蔗糖即分解為葡萄糖及脫水果糖。在190~220℃的較高溫度下，蔗糖便脫水縮合成為焦糖。焦糖具有很強的粘結(jié)作用，可以使粉體粘結(jié)在一起，起到粘結(jié)劑的作用。采用糖作為膠粘劑代替化學膠粘劑，減少環(huán)境污染問題。
氮化鈦（TiN）是一種新型材料, 具有硬度高、熔點高、化學穩(wěn)定性好的特點, 而且具有金黃色金屬光澤, 因此是一種很好的難熔耐磨材料, 也是一種受人歡迎的代金裝飾材料。與金屬的潤濕小的結(jié)構材料、并具有較高的導電性和超導性，可應用于高溫結(jié)構材料和超導材料。氮化鈦是相當穩(wěn)定的化合物，在高溫下不與鐵、鉻、鈣和鎂等金屬反應，TiN坩堝在CO與N2氣氛下也不與酸性渣和堿性渣起作用，因此TiN坩堝是研究剛液與一些元素相互作用的優(yōu)良容器。TiN在真空中加熱失去氮，生成氮含量較低的氮化鈦。
激光燒結(jié)3D打印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(jié)在加工平面上。在工作臺上均勻鋪上一層很薄的粉末作為原料，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(shù)據(jù)掃描。經(jīng)過激光束掃描后，相應位置的粉末就燒結(jié)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(jù)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(jīng)過后處理，即可獲得產(chǎn)品。
在現(xiàn)有的成型材料領域中，由于SLS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。但大部分是有機材料和復合材料，中國發(fā)明專利CN1379061A中公開了一種用于激光燒結(jié)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(jié)性能優(yōu)良，成型制品強度高，韌性好的產(chǎn)品，簡化了激光燒結(jié)尼龍材料的制備工藝，降低了成本；中國發(fā)明專利CN103881371 中公開了一種激光燒結(jié)3D制造技術用石塑復合粉末及其制備方法。
本申請將以糖膠粘劑熱涂層到到造粒后氮化鈦表面，得到3D打印氮化鈦粉體材料可以直接采用激光燒結(jié)3D打印成型。成型過程中不需要噴灑膠粘劑。優(yōu)點是膠粘劑用量大大減少，所用的膠粘劑是使用糖，減少環(huán)境污染，產(chǎn)品的品質(zhì)高。本申請的工藝制備的3D打印氮化鈦粉體材料膠粘劑涂層均勻，表面光滑，流動性好，適合激光燒結(jié)3D打印成型。此外，本申請?zhí)峁┑闹苽浞椒ê唵?，成本低?/p>
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目是提供一種以糖為膠粘劑制備3D打印氮化鈦粉體材料的方法，快速成型氮化鈦粉體材料不需要噴灑粘結(jié)劑可直接激光掃描成型；
本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)。
一種以糖為膠粘劑制備3D打印氮化鈦粉體材料的方法，其特征在于，該方法具有以下工藝步驟：
（1）造粒氮化鈦陶瓷粉體制備：在反應器中，按質(zhì)量百分比加入，水：55%~60%，明膠：0.1%~1.0%，聚乙烯醇：0.2%~1.0%，聚乙二醇：0.1%~1.0%，加熱溶解，再加入納米氮化鈦陶瓷粉體：38%~42%，各組分之和為百分之百，強力攪拌、反應10~12h，然后噴霧干燥，得到造粒氮化鈦鋇陶瓷粉體，其粒徑在50~100μm范圍內(nèi)；
（2）3D打印氮化鈦粉體材料的制備：在研磨機中，按質(zhì)量百分濃度加入，造粒氮化鈦鋇陶瓷粉體：88%~94%，開啟研磨機轉(zhuǎn)速在400轉(zhuǎn)/分鐘，研磨，溫度升至120±2℃，加入硬脂酰胺：0.5%~2%，研磨30min，溫度繼續(xù)升高到190±2℃，白糖：4%~10%，三亞乙基四胺：0.4%~1.5%，六偏磷酸鈉：0.4%~1.5%，各組分之和為百分之百，恒溫，在400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨60~80 min，冷至室溫，得到3D打印氮化鈦粉體材料，其粒徑為80~120μm的范圍內(nèi)。
在步驟（1）中所述的噴霧干燥，進風口溫度控制在120℃，出風口溫度控制在100℃，進風流量220m3/h。
在步驟（1）中所述的聚乙二醇為聚乙二醇200或聚乙二醇400。
在步驟（2）中所述的白糖為食用的綿白糖或白砂糖。
本發(fā)明所述的顆粒度測試方法是采用激光粒度儀測得的粒度當量直徑尺寸。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術比較，具有如下優(yōu)點及有益效果：
（1）本發(fā)明獲得的3D打印氮化鈦粉體材料，采用糖作為膠粘劑涂層在造粒鈦酸鍶鋇表面，綠色環(huán)保，不需要噴灑粘結(jié)劑在激光燒結(jié)條件下可直接成型。
（2）本發(fā)明獲得的3D打印氮化鈦粉體材料，顆粒的粒徑均勻，球形度高，流動性好的特點，性質(zhì)穩(wěn)定；由這種快速成型粉末材料可以制造薄壁模型或微小零部件，制造出產(chǎn)品具有表面光澤度高，強度好，精度高等特點。
（3）本發(fā)明獲得的3D打印氮化鈦粉體材料，具有制備工藝簡單，條件易于控制，生產(chǎn)成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)，易于儲存，無污染等優(yōu)點。
具體實施方式
實施例1
（1）造粒氮化鈦陶瓷粉體制備：在反應器中，分別加入，水：1160 mL，明膠：10g，聚乙烯醇：10g，聚乙二醇：10g，加熱溶解，再加入納米氮化鈦陶瓷粉體：810g，強力攪拌、反應11h，然后噴霧干燥，得到造粒氮化鈦陶瓷粉體，其粒徑在50~100μm范圍內(nèi)；
（2）3D打印氮化鈦粉體材料的制備：在研磨機中，分別加入，造粒氮化鈦陶瓷粉體：900g，開啟研磨機轉(zhuǎn)速在400轉(zhuǎn)/分鐘，研磨，溫度升至120±2℃，加入硬脂酰胺：10g，研磨30min，溫度繼續(xù)升高到190±2℃，白糖：70g，三亞乙基四胺：10g，六偏磷酸鈉10g，恒溫，在400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨70 min，冷至室溫，得到3D打印氮化鈦粉體材料。
實施例2
（1）造粒氮化鈦陶瓷粉體制備：在反應器中，分別加入，水：1100 mL，明膠：20g，聚乙烯醇：20g，聚乙二醇：20g，加熱溶解，再加入納米氮化鈦陶瓷粉體：840g，強力攪拌、反應10h，然后噴霧干燥，得到造粒氮化鈦陶瓷粉體，其粒徑在50~100μm范圍內(nèi)；
（2）3D打印氮化鈦粉體材料的制備：在研磨機中，分別加入，造粒氮化鈦陶瓷粉體：880g，開啟研磨機轉(zhuǎn)速在400轉(zhuǎn)/分鐘，研磨，溫度升至120±2℃，加入硬脂酰胺：5g，研磨30min，溫度繼續(xù)升高到190±2℃，白糖：100g，三亞乙基四胺：7g，六偏磷酸鈉8g，恒溫，在400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨60 min，冷至室溫，得到3D打印氮化鈦粉體材料。
實施例3
（1）造粒氮化鈦陶瓷粉體制備：在反應器中，分別加入，水：1200 mL，明膠：4g，聚乙烯醇：5g，聚乙二醇：5g，加熱溶解，再加入納米氮化鈦陶瓷粉體：790g，強力攪拌、反應12h，然后噴霧干燥，得到造粒氮化鈦陶瓷粉體，其粒徑在50~100μm范圍內(nèi)；
（2）3D打印氮化鈦粉體材料的制備：在研磨機中，分別加入，造粒氮化鈦陶瓷粉體：94g，開啟研磨機轉(zhuǎn)速在400轉(zhuǎn)/分鐘，研磨，溫度升至120±2℃，加入硬脂酰胺：1.2g，研磨30min，溫度繼續(xù)升高到190±2℃，白糖：4g，三亞乙基四胺：0.4g，六偏磷酸鈉0.4g，恒溫，在400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨80 min，冷至室溫，得到3D打印氮化鈦粉體材料。
實施例4
（1）造粒氮化鈦陶瓷粉體制備：在反應器中，分別加入，水：56 L，明膠：800g，聚乙烯醇：800g，聚乙二醇：800g，加熱溶解，再加入納米氮化鈦陶瓷粉體：41.6kg，強力攪拌、反應10.5h，然后噴霧干燥，得到造粒氮化鈦陶瓷粉體，其粒徑在50~100μm范圍內(nèi)；
（2）3D打印氮化鈦粉體材料的制備：在研磨機中，分別加入，造粒氮化鈦陶瓷粉體：890g，開啟研磨機轉(zhuǎn)速在400轉(zhuǎn)/分鐘，研磨，溫度升至120±2℃，加入硬脂酰胺：20g，研磨30min，溫度繼續(xù)升高到190±2℃，白糖：60g，三亞乙基四胺：15g，六偏磷酸鈉15g，恒溫，在400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨65 min，冷至室溫，得到3D打印氮化鈦粉體材料。
實施例5
（1）造粒氮化鈦陶瓷粉體制備：在反應器中，分別加入，水：1180 mL，明膠：10g，聚乙烯醇：10g，聚乙二醇：10g，加熱溶解，再加入納米氮化鈦陶瓷粉體：760g，強力攪拌、反應11h，然后噴霧干燥，得到造粒氮化鈦陶瓷粉體，其粒徑在50~100μm范圍內(nèi)；
（2）3D打印氮化鈦粉體材料的制備：在研磨機中，分別加入，造粒氮化鈦陶瓷粉體：92g，開啟研磨機轉(zhuǎn)速在400轉(zhuǎn)/分鐘，研磨，溫度升至120±2℃，加入硬脂酰胺：0.8g，研磨30min，溫度繼續(xù)升高到190±2℃，白糖：5g，三亞乙基四胺：1.2g，六偏磷酸鈉1.2g，恒溫，在400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨75 min，冷至室溫，得到3D打印氮化鈦粉體材料。
使用方法：將3D打印氮化鈦粉體材料加入到選擇性激光燒結(jié)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(jù)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(jié)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80~100W，掃描速度為1500mm/s，掃描間距為0.1~0.15mm，分層厚度為0.10~0.2mm，預熱溫度：100℃，加工溫度為200~210℃。