本发明属于增材制造，具体涉及一种选择性激光烧结用粉末热处理的方法。
背景技术：
1、选择性激光烧结技术是一种主流的快速成型方法，该技术无需使用工具进行加工，只需建立目标零件的计算机三维模型，再由分层软件对三维模型进行切片处理，最后通过激光烧结粉末的多个叠层来获得三维实体。
2、在选择性激光烧结技术中，对粉末的要求较高，包括良好的流动性、光吸收性能和热性能。为了改善这些特性，通常会向粉末中添加相关的助剂以增强其相关性能。在这一方面，纳米助剂的效果尤为显著。例如，纳米级别的流动助剂可以附着在微米级别的粉末表面，起到滚珠的作用；而纳米级别的炭黑及其它光吸收剂材料则能包裹在微米级别的高分子粉末上，增强粉末吸收激光的能量。
3、然而，由于比表面积大，微米级的小颗粒选择性激光烧结所使用的高分子粉末易于吸附纳米颗粒。相反，由于比表面积小，微米级的大颗粒选择性激光烧结所使用的高分子粉末通过物理搅拌方式难以吸附纳米颗粒。另外，正常情况下高分子粉末呈现正态分布的尺寸，在物理搅拌过程中导致纳米颗粒在高分子表面覆盖不均匀，从而影响了粉末流动性和选择性激光烧结效果。此外，在选择性激光烧结设备中需要使用刮刀或滚筒将粉末铺设在工作缸上进行烧结。同时，在重复使用过程中需要经过筛选、搅拌等步骤可能会导致纳米助剂脱落影响了粉末的使用效果。因此，在选择性激光烧结技术中如何保持重复使用过程中的稳定和一致性是一个关键问题。
技术实现思路
1、本发明提供的一种选择性激光烧结用粉末热处理的方法，旨在解决粉末重复使用过程中，粉末性能的稳定性和一致性的问题，以提高烧结成品的品质和性能，该方法包括如下步骤：
2、步骤一：将高分子粉末均匀铺在基板上，所述高分子粉末的平均粒径为40～180μm，径距为0.5～2.0，松装密度为0.2～0.85g/cm3。这种高分子粉末流动性好，有利于在基板上铺平。
3、步骤二：采用喷头将纳米颗粒喷洒在高分子粉末表面，后采用波长为500～1600nm的光纤激光器扫描高分子粉末，对高分子粉末进行加热，使高分子粉末表面出现熔融状态，纳米颗粒陷入到高分子粉末中并粘附在高分子粉末表面，光纤激光器的激光功率为30～800w，扫描线间距为0.1～1.0mm，扫描速度为2～40m/s，光斑大小为50～2000μm。纳米颗粒附着在高分子粉末表面，使得其性能更加优越。
4、步骤三：经步骤二处理后将高分子粉末冷却至玻璃化转变温度以下，再将高分子粉末从基板上刮走，得到粘附有纳米颗粒的高分子粉末；
5、步骤四：将步骤三得到的粘附有纳米颗粒的高分子粉末通过过筛和空气分级处理后，得到平均粒径为38～165μm，径距为0.5～1.9，松装密度为0.25～0.9g/cm3的选择性激光烧结用高分子粉末，所述纳米颗粒在高分子粉末表面的覆盖率为5％～500％。
6、本发明将高分子粉末加热到高分子粉末表面为黏流态，而高分子粉末还呈现为高弹态，这样高分子粉末表面出现熔融状态，而高分子粉末本身为高弹态，从而实现在保持高分子粉末本身形状的情况下，纳米颗粒粘附在高分子粉末表面。这种黏流态的高分子粉末对于溶剂沉淀法制备的高分子粉末可以减少表面的孔洞，使其变得更加紧实；对于深冷粉碎制备的高分子粉末则有利于其形状更加规整。
7、本发明将纳米颗粒粘附在高分子粉末表面后，再将高分子粉末冷却至玻璃转变温度以下，以固定其整个状态，防止后续刮动高分子粉末时出现变形等情况。
8、由于高分子粉末表面出现了黏流态，两个相接触的高分子会出现连结。同时小颗粒的高分子粉末会完全熔融形成更小的颗粒，这种大颗粒和小颗粒都不利于高分子粉末的重复使用。因此需要通过过筛去除大颗粒，通过空气分级去除小颗粒。因此通过过筛和空气分级处理后得到的选择性激光烧结用高分子粉末具有更好的密实度和一致性，能够提高选择性激光烧结的制件质量和性能。
9、本发明在步骤二中，当纳米颗粒为能吸收短波长激光能量的纳米材料时，为了更好地精确控制高分子粉末融化情况，采用了500～1600nm光纤激光器进行粉末加热。激光功率为30～800w，扫描线间距为0.1～1.0mm，扫描速度为2～40m/s，光斑大小为50～2000μm。由于高分子本身对500～1600nm波长的光纤能量吸收较低，而能吸收短波长激光能量的纳米材料是光谱吸收材料，能够有效吸收500～1600nm波长的光纤激光能量，产生热量。这导致高分子粉末表面融化，而高分子粉末的导热系数较低，仅使高分子表面融化，而中心部分仍保持原有完整性。这种吸收过程同样非常迅速，且光纤激光的功率更高，进一步提高了加工效率。同时光纤激光器相对于co2激光器功率更高，扫描速度更快，粉末加热效率更快。
10、优选地，步骤一中通过滚筒或刮刀将高分子粉末均匀铺在基板上。
11、优选地，步骤一中高分子粉末在基板上的铺粉层厚为步骤一中高分子粉末平均粒径的1.0～2.0倍。这样处理旨在确保高分子粉末在基板上均匀铺开，防止高分子粉末受到其他粉末的影响。
12、优选地，步骤二中纳米颗粒在高分子粉末表面的覆盖率为5～500％。
13、优选地，步骤二中将高分子粉末加热到50～350℃，热处理1～20s。
14、优选地，所述喷头的喷射速率为10～300mg/s，喷头的移动速率为150～300mm/s，喷头喷射的纳米颗粒的粉末宽度为50～200mm。
15、优选地，步骤二中通入冷的氮气将高分子粉末冷却至玻璃化转变温度以下，冷却速度为5～10℃/s。
16、优选地，步骤三中通过刮刀将高分子粉末从基板上刮走。
17、优选地，步骤四中将粘附有纳米颗粒的高分子粉末通过20～200目筛网进行过筛处理。
18、优选地，所述纳米颗粒的粒径为5～400nm。所述纳米颗粒为金属纳米颗粒、碳纳米颗粒材料中的一种或多种；这些纳米颗粒能够有效地改善粉末的性能。
19、优选地，金属纳米颗粒为金纳米颗粒、铜纳米颗粒、银纳米颗粒、钛纳米颗粒、镍纳米颗粒或铝纳米颗粒。
20、优选地，碳纳米颗粒为炭黑、碳纳米管或石墨烯。
21、优选地，所述高分子粉末为聚乳酸(pla)、聚氨酯(tpu)、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚苯乙烯(ps)、尼龙(pa)、聚碳酸酯(pc)、聚苯硫醚(pps)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)或聚醚醚酮(peek)粉末。这些高分子粉末具有良好的性能和广泛的应用领域。
22、本发明提供的一种选择性激光烧结用粉末热处理的方法，得到的选择性激光烧结用高分子粉末具有以下优点：
23、1、激光器加热能够精准控制加热区域，使得在微观尺度上进行材料加热和处理成为可能，从而实现了更精确的控制。激光加热过程通常迅速，实现了快速的加热和冷却，对于激光烧结、激光热处理等特定加工应用具有显著的优势，有助于减少热影响区域，提高生产效率。
24、2、通过喷头将纳米颗粒喷洒在高分子粉末表面，减少了纳米颗粒的团聚。成功地将纳米颗粒粘附在高分子粉末表面，增强了高分子粉末的稳定性和一致性，在重复使用中有利于提升成品的品质和性能。同时该工艺解决了传统物理搅拌方式，无法实现大粒径粉末的纳米助剂的分散问题。
25、3、通过精细的热处理工艺去除了大量小粒径的粉末，有效减少了烧结过程中可能出现的甩粉结板现象，提高了成品的品质和效率。
26、4、提高了粉末的松装密度，使得在选择性激光烧结过程中更易于操作和应用。
1.一种选择性激光烧结用粉末热处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用粉末热处理的方法，其特征在于，步骤一中通过滚筒或刮刀将高分子粉末均匀铺在基板上。
3.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用粉末热处理的方法，其特征在于，步骤一中高分子粉末在基板上的铺粉层厚为步骤一中高分子粉末平均粒径的1.0～2.0倍。
4.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用粉末热处理的方法，其特征在于，步骤二中纳米颗粒在高分子粉末表面的覆盖率为5～500％；步骤二中将高分子粉末加热到50～350℃，热处理1～20s。
5.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用粉末热处理的方法，其特征在于，所述喷头的喷射速率为10～300mg/s，喷头的移动速率为150～300mm/s，喷头喷射的纳米颗粒的粉末宽度为50～200mm。
6.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用粉末热处理的方法，其特征在于，步骤三中通入冷的氮气将高分子粉末冷却至玻璃化转变温度以下，冷却速度为5～10℃/s。
7.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用粉末热处理的方法，其特征在于，步骤三中通过刮刀将高分子粉末从基板上刮走。
8.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用粉末热处理的方法，其特征在于，步骤四中将粘附有纳米颗粒的高分子粉末通过20～200目筛网进行过筛处理。
9.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用粉末热处理的方法，其特征在于，所述纳米颗粒为金属纳米颗粒、碳纳米颗粒中的一种或多种；所述纳米颗粒的粒径为5～400nm；所述金属纳米颗粒为金纳米颗粒、铜纳米颗粒、银纳米颗粒、钛纳米颗粒、镍纳米颗粒或铝纳米颗粒；所述碳纳米颗粒为炭黑、碳纳米管或石墨烯。
10.根据权利要求1所述的选择性激光烧结用粉末热处理的方法，其特征在于，所述高分子粉末为聚乳酸、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚醚醚酮粉末。
