高复用率高分子3D打印粉末制备技术

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高复用率高分子3D打印粉末制备技术增材制造是世界先进制造领域发展最快的学科方向之一，是推动健康医疗、航空航天、先进轨道交通等战略产业向个性化、智能化变革的重要引擎。高性能、高复用率高分子粉末是选择性激光烧结、高速热烧结、多射流熔融等基于粉末烧结/粘结的增材制造技术急需的关键专用材料。我们基于长期基础研究，研发出一系列高分子烧结粉末制备技术，制备的聚酰胺、聚烯烃等粉末材料具有复用率高、球形度高、分布窄、流动性好、易烧结等特点，打印制品具有力学性能好、阻燃、成本低等优点，在我国高品质高分子激光烧结粉末专用料短缺这一瓶颈问题取得一定突破。

目录

技术突破

（1）复合改性-深冷粉碎-球形化高分子粉末成套制备技术

现有烧结粉末主要以聚酰胺12（PA12）为原料，原料价格较高，且在加工时存在后缩聚、复用率低等严重影响打印成本及性能的问题。因此，亟需发展基于价格低廉的聚烯烃等通用塑料或通用工程塑料的粉末原料，并改善其加工性能和复用率。深冷粉碎是高分子复合粉末制备的重要手段和重要发展趋势，但是深冷粉碎制备的粉末存在形状不规则、流动性差、堆积密度低、烧结性能差等缺点。针对上述问题，我们提出了“复合改性-深冷粉碎-球形化”高分子粉末成套制备技术：首先，通过熔体复合改性改善聚烯烃等材料的热稳定性、流变及结晶等关键烧结性能或赋予其阻燃等功能特性；在利用上述改性材料进行深冷粉碎获得不规则粉末后，再通过独创的不规则粉末宏量球形化技术制备球形粉末。该技术制备过程简单、效率高、环保，粉末尺寸变化小、收率高，制备的粉末球形度高、流动性好（休止角低至25°）、堆积密度高（达0.5 g/cc），特别有利于大尺寸制品的烧结，剩余粉末可进行多次重复烧结，大幅降低了打印成本。该技术具有较高的普适性，可显著拓宽烧结粉末的原料来源。

（2）高复用率、高球形度的新型长碳链聚酰胺粉末的“一锅法”制备技术

利用生物发酵合成的长碳链尼龙1012等为原料，将分子链结构稳定化与溶解-沉淀法在一个反应容器中完成，解决了分子量维持、粉末圆整度等系列技术难题，可制备高复用率、高球形度的新型长碳链尼龙粉末。

（3）低成本、宏量熔体加工制粉技术

该技术基于简单的熔体加工技术，将目标高分子材料在加工流场和界面张力的作用下分散形成球形粒子，再通过冷却、水溶解基体、固液分离、干燥等工序得到球形粉末。该技术避免了溶解-沉淀法中高分子材料需要溶剂溶解、无法连续宏量生产等限制，具有效率高、环保、普适性强等优点，粉末粒径可调、球形度高、流动性好。

（4）聚酰胺烧结粉末再生利用技术

现有基于聚酰胺粉末的烧结技术中，在一次打印过程中通常有60%以上的粉末不会进行烧结，但会经历相应的加热历史，导致发生粉末老化现象，造成较大的浪费、提高了打印成本。该技术基于聚酰胺分子结构特性，利用特殊的助剂和处理工艺，可对经历多次烧结的老化粉末在不改变外形的前提下进行分子结构控制，使其黏度等特性符合烧结要求，具有与新粉相当的烧结性能和制件性能，达到粉末再生利用、降低打印成本等目的。

经济效益与社会效益

本项目成果可大幅降低基于高分子粉末的3D打印技术的应用成本，推动增材制造技术在健康医疗、航空航天、先进轨道交通及其他需要个性化加工、复杂结构加工的相关产业得到加速应用，走入日常生活。