一种GO/TPU耐热制件的选择性激光烧结成型工艺制造技术

本发明专利技术提供一种GO/TPU耐热制件的选择性激光烧结成型工艺。（1）采用计算机辅助设计软件设计出产品造型，并转化为STL格式；（2）将STL文件利用预处理程序调整模型的尺寸、位置和方向，然后分切成许多厚度为0.05mm~0.7mm的截面，导入到SLS成型设备的快速成型系统中；（3）将GO/TPU复合粉体送入到供粉缸中；（4）设置供粉缸温度、打印温度、激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉厚度；（5）进行SLS成型；（6）SLS成型的制件随成型缸自然冷却，冷却完全后取出制件，经粉末喷枪后处理去除残粉。该工艺制备的材料或结构件力学性能优良，耐热性耐磨性佳，可用于汽车进/排气歧管密封隔热罩等外形复杂的密封件，以改善耐热性，提高使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种GO/TPU耐热制件的选择性激光烧结成型工艺
本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种GO/TPU耐热制件的选择性激光烧结成型工艺，尤其是一种应用于制备形貌复杂的汽车零件的密封隔热罩的择性激光烧结成型工艺。
技术介绍
汽车发动机周围的重要零件设备通常需要加有密封隔热罩，改善耐热性，避免设备之间热传递相互影响，从而提高使用寿命。目前对于异形零件设备的隔热罩的加工制造通常采用注塑成型，如进/排气歧管的密封隔热罩，注塑成型虽然可以实现大批量生产，但对于这种复杂形貌的制造而言成本较高，且模具的制造过程相当复杂。快速成型技术又称为增材制造技术、3D打印技术，该技术是对一系列逐层零件制造工艺的统称，它使用近乎全自动化的工艺直接从CAD文件生产所需要的模型，可以显著减少产品原型的开发时间和成本。对于复杂形貌的加工成型可以大大降低成本、缩短成型周期、提高材料的利用率、提高制件的精度。快速成型技术包括熔融沉积成型(FDM)、分层实体成型(LOM)、黏结剂喷射打印(3DP)、立体光固化成型(SLA)、选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)等。选择性激光烧结(SLS)是快速成型的一种技术，该技术适合热塑性高分子材料、金属材料以及陶瓷材料的快速成型。SLS工艺的快速成型系统工作原理如图1所示，该工艺装置由供粉缸和成型缸(模腔)组成，工作时供粉缸活塞(送粉活塞)上升，由铺粉辊将粉体在成型缸活塞(工作活塞)上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉体材料以形成零件的一个层面。在烧结之前，整个工作台被加热至稍低于粉体熔化温度，以减少热变形，并利于与前一层面的结合。完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺设新粉，控制激光束扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，就得到三维制件。与其他的快速成型技术相比，SLS技术具有以下优点：(1)材料选择广泛；(2)打印过程无需支撑结构；(3)可以制造任何复杂结构制件，包括镂空结构、空心结构等；(4)材料利用率高，未使用的粉体材料还能继续使用。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服采用传统成型方法难以制造异形零件密封隔热罩这一问题，本专利技术要提供一种GO/TPU耐热制件的选择性激光烧结成型工艺，工艺简单，灵活性高，可以实现制件结构异形化，满足不同场合的需要。通过该工艺制造出的GO/TPU制件制件，不仅具有良好的力学性能，还具有较高耐热性能和耐磨性，综合性能优异。为了达到上述目的，本专利技术以氧化石墨烯(GO)与热塑性聚氨酯弹性(TPU)的复合粉体为原料，构建一种GO/TPU耐热制件的选择性激光烧结成型工艺，包括以下步骤：(1)采用计算机辅助设计软件(CAD)设计出需要SLS成型(3D打印)的产品造型，并将设计好的文件转化为STL格式；(2)将生成的STL文件利用预处理程序调整模型的尺寸、位置和方向，然后将其分切成一组厚度为0.05mm～0.7mm的截面，导入到SLS成型设备的快速成型系统中；(3)将GO/TPU复合粉体材料送入到供粉缸中；(4)设置SLS工艺参数，供粉缸温度为60～110℃，打印温度为75～150℃，激光功率为10～45W，扫描速度为6000～12000mm/s，扫描间距为0.08～0.2mm，铺粉厚度为0.08～0.2mm；(5)进行SLS成型；(6)SLS成型的制件随成型缸自然冷却，待冷却完全后取出制件，经粉末喷枪对制件后处理，以去除制件表面残留粉末，得所述的GO/TPU耐热制件。相比于传统的耐热聚合物材料的成型方法(注塑成型和挤出成型等)，采用SLS成型异形零件的耐热密封罩，形状可任意复杂，尺寸和现状精度高，从设计到成型周期短，原料利用率高，生产成本低。采用该工艺制造的GO/TPU密封隔热罩具有良好的耐热性。进一步的，上述GO/TPU耐热制件包括以下组分：选择性激光烧结用TPU粉体100质量份，GO粉体5～10质量份，流动助剂0.3～0.4质量份，抗氧剂0.3～1质量份，偶联剂0.025～0.2质量份。进一步的，上述SLS用TPU粉体的粒径范围为50～200μm。进一步的，上述GO粉体采用改性Hummers法制备。进一步的，上述流动助剂为气相二氧化硅、气相氧化铝、气相白炭黑、纳米氧化钛、纳米二氧化硅、纳米碳化硅粉体中的一种或几种。进一步的，上述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂。进一步的，上述偶联剂为硅烷偶联剂，其用量范围为GO添加质量的0.5％～2％。有益效果：与现有技术相比，本专利技术提供的GO/TPU耐热制件的选择性激光烧结成型工艺具有以下优点：(1)该工艺解决了一些异形汽车零件耐热密封罩成型工艺复杂，成本较高，原材料利用率低，精度不足等一系列问题。可以实现异形零件密封罩的批量生产。(2)该工艺操作简单且具有很高的灵活性，可以实现制件异形化，满足不同场合所需的各种外形。附图说明图1为SLS工艺的快速成型系统工作原理示意图。具体实施方式下面将结合具体实验数据，对本专利技术实例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。以下实施例提供了一种GO/TPU耐热制件的选择性激光烧结成型工艺，其中用于成型GO/TPU耐热制件的GO/TPU复合粉体包括以下组分：选择性激光烧结用TPU粉体100质量份，GO粉体10质量份，流动助剂0.3质量份，抗氧剂0.5质量份，偶联剂0.2质量份。实施例1(1)将设计的一体化三维结构标准试样的STL文件利用预处理程序调整模型的尺寸、位置和方向，然后将其分切成许多厚度为0.2mm的截面；(2)将结构导入到软件中，设定SLS工艺参数，供粉缸温度为80℃，打印温度为100℃，激光功率为20W，扫描速度为10000mm/s，扫描间距0.08mm，铺粉厚度0.08mm，然后将混合好的GO/TPU复合粉体进行SLS成型，得到制件；(3)将得到的标准试样制件放在模腔内自然冷却，待冷却完全后取出制件，经粉末喷枪对制件后处理，以去除制件表面残留粉末，得到最终标准试样成品。实施例2(1)将设计的一体化三维结构标准试样的STL文件利用预处理程序调整模型的尺寸、位置和方向，然后将其分切成许多厚度为0.5mm的截面；(2)将结构导入到软件中，设定SLS工艺参数，供粉缸温度为90℃，打印温度为110℃，激光功率为15W，扫描速度为12000mm/s，扫描间距0.10mm，铺粉厚度0.12mm，然后将混合好的GO/TPU复合粉体进行SLS成型，得到制件；(3)将得到的标准试样制件放在模腔内自然冷却，待冷却完全后取出制件，经粉末喷枪对制件后处理，以去除制件表面残留粉末，得到最终标准试样成品。...

【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯（GO）/热塑性聚氨酯弹性体（TPU）耐热制件的选择性激光烧结成型工艺，其特征在于：包括以下步骤：/n（1）采用计算机辅助设计软件设计出需要SLS成型的产品造型，并将设计好的文件转化为STL格式；/n（2）将生成的STL文件利用预处理程序调整模型的尺寸、位置和方向，然后将其分切成一组厚度为0.05mm~0.7mm的截面，导入到SLS成型设备的快速成型系统中；/n（3）将GO/TPU复合粉体材料送入到供粉缸中；/n（4）设置供粉缸温度、打印温度、激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉厚度，模腔温度和打印面温度相差不得超过5℃；/n（5）进行SLS成型；/n（6）SLS成型的制件随成型缸自然冷却，待冷却完全后取出制件，经粉末喷枪对制件后处理，去除制件表面残留粉末，得所述的GO/TPU耐热制件。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯（GO）/热塑性聚氨酯弹性体（TPU）耐热制件的选择性激光烧结成型工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）采用计算机辅助设计软件设计出需要SLS成型的产品造型，并将设计好的文件转化为STL格式；
（2）将生成的STL文件利用预处理程序调整模型的尺寸、位置和方向，然后将其分切成一组厚度为0.05mm~0.7mm的截面，导入到SLS成型设备的快速成型系统中；
（3）将GO/TPU复合粉体材料送入到供粉缸中；
（4）设置供粉缸温度、打印温度、激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉厚度，模腔温度和打印面温度相差不得超过5℃；
（5）进行SLS成型；
（6）SLS成型的制件随成型缸自然冷却，待冷却完全后取出制件，经粉末喷枪对制件后处理，去除制件表面残留粉末，得所述的GO/TPU耐热制件。


2.根据权利要求1所述的GO/TPU耐热制件的选择性激光烧结成型工艺，其特征在于：GO/TPU复合粉体材料的组分包括：选择性激光烧结用TPU粉体100质量份，GO粉体5~10质量份，流动助剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡焕波，吴唯，李健硕，刘冬梅，黄建昌，
申请(专利权)人：裕克施乐塑料制品太仓有限公司，华东理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32