高復用率高分子3D打印粉末製備技術

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高復用率高分子3D打印粉末製備技術增材製造是世界先進制造領域發展最快的學科方向之一，是推動健康醫療、航空航天、先進軌道交通等戰略產業向個性化、智能化變革的重要引擎。高性能、高復用率高分子粉末是選擇性激光燒結、高速熱燒結、多射流熔融等基於粉末燒結/粘結的增材製造技術急需的關鍵專用材料。我們基於長期基礎研究，研發出一系列高分子燒結粉末製備技術，製備的聚酰胺、聚烯烴等粉末材料具有復用率高、球形度高、分布窄、流動性好、易燒結等特點，打印製品具有力學性能好、阻燃、成本低等優點，在我國高品質高分子激光燒結粉末專用料短缺這一瓶頸問題取得一定突破。

目錄

技術突破

（1）複合改性-深冷粉碎-球形化高分子粉末成套製備技術

現有燒結粉末主要以聚酰胺12（PA12）為原料，原料價格較高，且在加工時存在後縮聚、復用率低等嚴重影響打印成本及性能的問題。因此，亟需發展基於價格低廉的聚烯烴等通用塑料或通用工程塑料的粉末原料，並改善其加工性能和復用率。深冷粉碎是高分子複合粉末製備的重要手段和重要發展趨勢，但是深冷粉碎製備的粉末存在形狀不規則、流動性差、堆積密度低、燒結性能差等缺點。針對上述問題，我們提出了「複合改性-深冷粉碎-球形化」高分子粉末成套製備技術：首先，通過熔體複合改性改善聚烯烴等材料的熱穩定性、流變及結晶等關鍵燒結性能或賦予其阻燃等功能特性；在利用上述改性材料進行深冷粉碎獲得不規則粉末後，再通過獨創的不規則粉末宏量球形化技術製備球形粉末。該技術製備過程簡單、效率高、環保，粉末尺寸變化小、收率高，製備的粉末球形度高、流動性好（休止角低至25°）、堆積密度高（達0.5 g/cc），特別有利於大尺寸製品的燒結，剩餘粉末可進行多次重複燒結，大幅降低了打印成本。該技術具有較高的普適性，可顯著拓寬燒結粉末的原料來源。

（2）高復用率、高球形度的新型長碳鏈聚酰胺粉末的「一鍋法」製備技術

利用生物發酵合成的長碳鏈尼龍1012等為原料，將分子鏈結構穩定化與溶解-沉澱法在一個反應容器中完成，解決了分子量維持、粉末圓整度等系列技術難題，可製備高復用率、高球形度的新型長碳鏈尼龍粉末。

（3）低成本、宏量熔體加工制粉技術

該技術基於簡單的熔體加工技術，將目標高分子材料在加工流場和界面張力的作用下分散形成球形粒子，再通過冷卻、水溶解基體、固液分離、乾燥等工序得到球形粉末。該技術避免了溶解-沉澱法中高分子材料需要溶劑溶解、無法連續宏量生產等限制，具有效率高、環保、普適性強等優點，粉末粒徑可調、球形度高、流動性好。

（4）聚酰胺燒結粉末再生利用技術

現有基於聚酰胺粉末的燒結技術中，在一次打印過程中通常有60%以上的粉末不會進行燒結，但會經歷相應的加熱歷史，導致發生粉末老化現象，造成較大的浪費、提高了打印成本。該技術基於聚酰胺分子結構特性，利用特殊的助劑和處理工藝，可對經歷多次燒結的老化粉末在不改變外形的前提下進行分子結構控制，使其黏度等特性符合燒結要求，具有與新粉相當的燒結性能和製件性能，達到粉末再生利用、降低打印成本等目的。

經濟效益與社會效益

本項目成果可大幅降低基於高分子粉末的3D打印技術的應用成本，推動增材製造技術在健康醫療、航空航天、先進軌道交通及其他需要個性化加工、複雜結構加工的相關產業得到加速應用，走入日常生活。