本發(fā)明涉及選擇性激光燒結(jié)用高分子木塑復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用，屬于增材制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、3d打印是一種綜合了數(shù)字建模技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸多領(lǐng)域的前沿技術(shù)，它是快速成型技術(shù)的一種，被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命”的核心技術(shù)。與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，3d打印不需要事先制造模具，不必在制造過程中去除大量的材料，也不必通過復(fù)雜的鍛造工藝加工，而是采用特殊材料，通過選擇性粘結(jié)逐層疊加就可以得到最終產(chǎn)品。因此，在生產(chǎn)上可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、節(jié)約材料和節(jié)省能源。由于3d打印高精度、短周期、低成本及較高的形狀靈活性等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)在技術(shù)制造、文化廣告創(chuàng)意、軍事國防、生物質(zhì)藥材、建筑設(shè)計(jì)、中小學(xué)課程面已得到了廣泛地應(yīng)用，且起著不可替代的作用。

2、選擇性激光燒結(jié)(selective?laser?sintering,sls)技術(shù)是一種基于粉末材料的增材制造技術(shù)，它通過使用高功率激光束逐層選擇性地?zé)Y(jié)粉末材料，逐步構(gòu)建出復(fù)雜的三維物體。sls技術(shù)的關(guān)鍵步驟是：首先，將一層細(xì)小的粉末材料均勻地鋪在打印平臺上，然后激光束根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的3d模型精準(zhǔn)地掃描并加熱粉末，將其部分融化并固化成固體形狀。接著，平臺下移，鋪上一層新的粉末材料，重復(fù)燒結(jié)過程，直到整個(gè)物體完成。sls技術(shù)的最大優(yōu)勢之一是可以打印非常復(fù)雜的幾何形狀，包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)和孔洞，而不需要傳統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)，因?yàn)槲慈刍姆勰┎牧献匀坏刈鳛橹尾牧?，避免了傳統(tǒng)方法中因支撐結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的復(fù)雜后處理工作。

3、sls技術(shù)在制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)和定制化零件方面具有顯著優(yōu)勢，但其打印出的零件表面通常較為粗糙，這是該技術(shù)的一大缺點(diǎn)。在sls過程中，激光將材料粉末逐層燒結(jié)，粉末顆粒之間的界面接合導(dǎo)致零件表面存在明顯的顆粒痕跡，進(jìn)而產(chǎn)生較高的表面粗糙度，無法直接滿足高外觀質(zhì)量和精度要求。這使得打印出的零件通常需要經(jīng)過機(jī)械打磨、噴砂、拋光等后處理工藝，以提高表面光滑度和精度，這些后處理步驟不僅增加了生產(chǎn)時(shí)間和成本，還可能影響零件的精度和形狀。尤其在一些要求高精度和良好表面光潔度的應(yīng)用中，sls打印的零件可能存在摩擦力較大的問題，影響其功能性和耐用性。因此，改進(jìn)sls打印技術(shù)、優(yōu)化材料和工藝，以降低表面粗糙度并減少后處理需求，成為提升該技術(shù)性能和應(yīng)用范圍的關(guān)鍵方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的選擇性激光燒結(jié)木塑打印材料表面粗糙度較高以及尺寸變形量大的技術(shù)問題，而提供一種選擇性激光燒結(jié)用納米二氧化硅/木塑復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用。本發(fā)明在傳統(tǒng)塑料的基礎(chǔ)上加入來源廣泛，資源豐富的木粉，以此降低打印成本。再加入納米二氧化硅改善打印成品的表面粗糙度減少后處理過程，同時(shí)還能增強(qiáng)其機(jī)械性能。

2、本發(fā)明的選擇性激光燒結(jié)用納米二氧化硅/木塑復(fù)合材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行：

3、一、將楊木粉碎為粉末狀，并真空干燥，獲得干燥楊木粉；再將干燥后的楊木粉與氫氧化鈉溶液混合，攪拌20～24h，靜置后倒去上層堿液，用蒸餾水洗滌楊木粉，直至濾液呈中性，再將楊木粉烘干，得到堿處理?xiàng)钅痉郏?/p>

4、二、將無水乙醇與蒸餾水按照質(zhì)量比為(2.5～3.5):1的混合均勻，得到乙醇溶液；向乙醇溶液中滴加hcl水溶液調(diào)節(jié)溶液ph至3.5～4.5，然后加入堿處理?xiàng)钅痉叟c硅烷偶聯(lián)劑kh550并混合均勻，室溫靜置10～30分鐘后，轉(zhuǎn)移至三口瓶進(jìn)行水浴回流處理，回流溫度為82～88℃，反應(yīng)時(shí)間為4～5h；回流結(jié)束后，靜置并倒去上層液體，通過減壓抽濾去除溶液，楊木粉用乙醇洗滌直至濾液呈中性，最后將楊木粉在溫度為60～65℃的條件下烘干，之后再升溫至100～105℃老化直至木粉的以質(zhì)量計(jì)的含水率達(dá)到2％以下，得到硅烷類偶聯(lián)劑kh550處理后的楊木粉；

5、三、按質(zhì)量百分比稱取72％～81％的純聚醚砜(polyether?sulfone,pes)粉末、8％～12％kh550處理后的楊木粉、4.5％～5.5％的碳酸鈣、3％～6％的納米二氧化硅粉末、3.5～4.5％潤滑劑甘油并加入到攪拌機(jī)中混合均勻，再密封靜置20～24小時(shí)，得到選擇性激光燒結(jié)用納米二氧化硅/木塑復(fù)合材料。

6、更進(jìn)一步地，步驟一中所述的真空干燥是在溫度為80℃的條件下真空烘干24h。

7、更進(jìn)一步地，步驟一中所述的烘干是在溫度為80℃的條件下烘干24h。

8、更進(jìn)一步地，步驟三中所述的純聚醚砜(polyether?sulfone,pes)粉末，其細(xì)度為150μm～250μm，其顆粒均勻，以促進(jìn)各組分在混合過程中充分融合。

9、更進(jìn)一步地，步驟三中所述的碳酸鈣的細(xì)度為30μm～60μm；以質(zhì)量百分比計(jì)的純度大于99.0％。細(xì)度較高和純度較好的碳酸鈣可以確保其在復(fù)合材料中的良好分散性，以提高材料的可變形性。

10、更進(jìn)一步地，步驟三中所述的納米二氧化硅粉末的平均粒徑為300nm～350nm，以提高材料的表面光潔度及力學(xué)性能。

11、上述制備的選擇性激光燒結(jié)用納米二氧化硅/木塑復(fù)合材料的應(yīng)用，是將該納米二氧化硅/木塑復(fù)合材料通過選擇性激光燒結(jié)技術(shù)進(jìn)行3d打印。具體是：通過建模軟件創(chuàng)建待3d打印部件的模型文件，再將模型導(dǎo)入切片軟件，設(shè)置打印參數(shù)，切片軟件會將模型分層，生成每一層的打印路徑，并輸出為g代碼文件，這是控制打印機(jī)運(yùn)動的指令集；接著將g代碼傳輸?shù)?d打印機(jī)，將納米二氧化硅/木塑復(fù)合材料均勻放入選擇性激光燒結(jié)打印機(jī)的料倉中，啟動打印前，打印機(jī)預(yù)熱至設(shè)定溫度，然后逐層掃描打印，得到納米二氧化硅/木塑復(fù)合材料部件。

12、更進(jìn)一步地，打印參數(shù)包括層高、填充密度、打印速度和支撐結(jié)構(gòu)。

13、更進(jìn)一步地，預(yù)熱設(shè)定溫度為85℃。

14、更進(jìn)一步地，逐層掃描打印時(shí)的掃描速度為2000。

15、更進(jìn)一步地，選擇性激光燒結(jié)打印機(jī)的激光功率為6～20w。

16、本發(fā)明通過引入硅烷偶聯(lián)劑改性木粉與pes復(fù)合材料，顯著提高了復(fù)合材料的綜合性能。硅烷偶聯(lián)劑通過在木粉表面形成化學(xué)結(jié)合層，增強(qiáng)了木粉與聚醚砜基體之間的界面結(jié)合力，改善了兩者的相容性，從而提升了復(fù)合材料的力學(xué)性能。此外，改性后的復(fù)合材料展現(xiàn)出更好的抗老化性能和更均勻的木粉分散性，優(yōu)化了加工性能，減少了加工中的缺陷。而納米二氧化硅的加入，主要通過促進(jìn)燒結(jié)過程中更加均勻的熱傳導(dǎo)，顯著降低了打印試件的表面粗糙度和尺寸變形量。納米二氧化硅粒子在復(fù)合材料中的均勻分散，增強(qiáng)了木粉與聚合物基體之間的界面結(jié)合力，提高了材料的表面光潔度，并有效減少了熱應(yīng)力導(dǎo)致的表面不平整現(xiàn)象，同時(shí)提高了機(jī)械性能。利用納米二氧化硅/木塑復(fù)合材料通過選擇性激光燒結(jié)工藝打印的部件的表面粗糙度為7.6～10.6μm，尺寸變形量為1.7％～4.2％，拉伸強(qiáng)度為2.4～3.2mpa，硬度為49～59ha。通過選擇性激光燒結(jié)工藝，納米二氧化硅/木塑復(fù)合材料能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的成型，獲得更加穩(wěn)定和均勻的產(chǎn)品質(zhì)量。

17、本發(fā)明制備方法簡單，生產(chǎn)成本低，是一種環(huán)境友好的、具有廣泛應(yīng)用前景的選擇性激光燒結(jié)材料的制備方法。