技术领域
[0001] 本
发明属于新
型材料领域，具体涉及一种用于
选择性激光烧结（SLS)成形的覆膜 砂及其制备方法。 技术背景
[0002] SLS技术是一种用激光作为热源来烧结粉末材料成形的快速成形技术（rapid prototyping, RP)，它采用离散、堆积成型的原理，借助于
计算机辅助设计与制造，在无需任 何工装模具的情况下，将固体粉末材料直接成形为三维实体零件，不受成形件复杂度的影 响。
[0003] SLS技术可以直接制备用于
铸造的砂型（芯），从零件图纸到铸型（芯）的工艺设 计、铸型（芯）的三维实体造型等都是由计算机完成。特别是对于一些空间的曲面或流道， 用传统方法成形十分困难，若用SLS技术，则这一过程就会变得十分简单，因为它不受零件 复杂程度的限制。传统成形方法制备大尺寸砂型（芯）时，常将砂型分成几
块，然后分别制 备，并且将砂芯分别拔出后进行组装，因而需要考虑装配
定位和
精度问题。而用SLS技术可 实现砂型（芯）的整体成形，不仅简化了分离模块的过程，铸件的精度也得以提高。因此， 用SLS技术成形砂型（芯）的在铸造领域中有着广阔的前景。
[0004] 目前，用于SLS成形的覆膜砂均为传统铸造工艺用酚
醛树脂覆膜砂，
现有技术 中已公开了此类覆膜砂的制备工艺。如中国发明
专利“一种覆膜砂配制工艺”（专利号： 93116639. X)中公开了一种覆膜砂的制备工艺，该工艺中，不仅加入了原砂、粘接剂和
固化 齐U，还加入一定量的酸性
水溶液、
增塑剂或
偶联剂等；中国发明专利“耐高温覆膜砂制备工 艺”（专利号=00108082. 2)中公开了一种耐高温覆膜砂制备工艺，该工艺简化了耐高温覆 膜砂的制备工艺。
[0005] 然而，现有的
酚醛树脂覆膜砂及其制备工艺都是针对传统成形方法而开发的，而 不是针对SLS成形技术开发的。存在的问题是：现有酚醛树脂覆膜砂的SLS成形件（后固 化前）的强度偏低，一些精细结构在清粉、转移等后处理工序中容易损坏，而且大尺寸成形 件更容易断裂。造成酚醛树脂覆膜砂的SLS成形件强度偏低的主要原因为：与传统加热固
化成形不同，激光扫描成形时光束照射加热的时间非常短，而覆膜砂的热传导系数又较小， 这就造成在
单层内的一些区域以及层与层结合区域酚醛树脂没有固化交联，砂颗粒仅是靠 酚醛树脂
软化而粘接，然而酚醛树脂和砂的界面结合较差，这就造成其SLS成形件（后固化 前）的强度偏低。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种用于选择性激光烧结成形的覆膜砂，其SLS成形件的 强度较高，可用于成形大尺寸及具有精细结构的铸造用砂型（芯）；本发明还提供了该覆膜 砂的制备方法。
[0007] 本发明提供的一种用于选择性激光烧结成形的覆膜砂，其特征在于，该覆膜砂包括原砂、复合粘接剂、固化剂、
润滑剂以及光吸收剂；
[0008] 所述粘接剂为酚醛树脂和环
氧树脂构成的复合粘接剂，加入量与原砂的比例按
质量分数计为2-3 ： 100;复合粘接剂的组成为：酚醛树脂的质量百分比为50-75%，其余为
环氧树脂；
[0009] 所述固化剂为六亚甲基四胺，其加入量与粘接剂的比例按质量分数计为 10-15 ： 100 ；
[0010] 所述润滑剂为
硬脂酸锌、硬脂酸
钙或硬脂酸锂，其加入量与粘接剂的比例按质量 分数计为3-7 ： 100 ；
[0011] 所述光吸收剂为
炭黑，炭黑的平均粒径为50〜lOOnm，其加入量与粘接剂的比例 按质量分数计为0.5-1 ： 100。
[0012] 上述覆膜砂的制备方法，其过程为：
[0013] (1)将环氧树脂冷却到-140〜_150°C，将其进行
粉碎加工成粉末；
[0014] (2)将步骤（1)得到的粉末筛分，得到粒径分布在10〜50μπι间的环氧树脂粉末；
[0015] (3)利用所述原砂，酚醛树脂，固化剂和润滑剂制备酚醛树脂覆膜砂；
[0016] (4)将炭黑和步骤（2)得到的环氧树脂粉末加入到步骤（3)中制备的酚醛树脂覆 膜砂中，混合均勻。
[0017] 与现有技术相比，本发明在常规的酚醛树脂覆膜砂中加入了环氧树脂及炭黑粉 末，形成了用于选择性激光烧结成形的新型覆膜砂。环氧树脂中含有比酚醛树脂更多的极 性基团，与原砂的界面粘接好于酚醛树脂，而且环氧树脂的活性高于酚醛树脂，因此在激光 的作用下可以形成更多的固化粘接；加入的炭黑为光吸收剂，可以增加材料对激光的吸收 率。因此本发明覆膜砂的SLS成形件强度明显高于传统单纯的酚醛树脂覆膜砂，可用于SLS 成形大尺寸及具有精细结构的铸造用砂型（芯）。
具体实施方式
[0018] 本发明提出的用于SLS成形的覆膜砂，包括原砂、复合粘接剂、固化剂、润滑剂以 及光吸收剂；
[0019] 环氧树脂在常温下为固体，软化点在75_90°C，种类可是双酚A环氧树脂、酚醛环 氧树脂等，优选双酚A环氧树脂。
[0020] 固化剂为乌洛托品（六亚甲基四胺）。本发明使用润滑剂的目的是提高覆膜砂的 流动性，可为硬脂酸锌、硬脂酸钙或硬脂酸锂，优选使用硬脂酸钙。本发明使用炭黑作为光 吸收剂，以提高覆膜砂对激光的吸收率。
[0021] 在制备方法中，酚醛树脂覆膜砂的方法是采用已有工艺如热法覆膜工艺或冷法覆 膜工艺。所制备的这种新型覆膜砂主要用于SLS成形大型、结构复杂的铸造用砂型（芯）。
[0022] 下面列举4个实例对本发明作进一步详细的说明。但本发明并不局限于此。本领 域一般技术人员可以根据本发明公开的内容，采用其它原料和工艺参数实现本发明。
[0024] (1)将双酚A型环氧树脂E-06在低温冷冻设备中冷却到_150°C，采用高速冲击式 粉碎机将其进行粉碎加工；
[0025] (2)将步骤（1)得到的粉末通过气流式筛分，得到粒径分布在10〜50μπι间的环氧树脂粉末。
[0026] (3)采用热法覆膜工艺制备酚醛树脂覆膜砂，其中原砂为5000g，酚醛树脂为 75g(原砂和复合粘接剂的质量比为2 ： 100，复合粘接剂中酚醛树脂质量百分比为75%)， 固化剂乌洛托品为IOg(固化剂与复合粘接剂的质量比为10 ： 100)，润滑剂硬脂酸锌 7g(润滑剂与复合粘接剂的质量比为7 ： 100)。
[0027] (4)将步骤（2)得到的25g的环氧树脂粉末、0. 5g平均粒径为50nm的炭黑（炭黑 和复合粘接剂的质量比为0.5 ： 100)及步骤（3)得到的酚醛树脂覆膜砂加入高速混合机 中，进行均勻混合。 [0028] 实施例2 ：
[0029] (1)将双酚A型环氧树脂E-12在低温冷冻设备中冷却到_150°C，采用高速冲击式 粉碎机将其进行粉碎加工；
[0030] (2)将步骤（1)得到的粉末通过气流式筛分，得到粒径分布在10〜50μπι间的环 氧树脂粉末。
[0031] (3)采用热法覆膜工艺制备酚醛树脂覆膜砂，其中原砂为5000g，酚醛树脂为 75g(原砂和复合粘接剂的质量比为3 ： 100，复合粘接剂中酚醛树脂质量百分比为50%)， 固化剂乌洛托品为22. 5g(固化剂与复合粘接剂的质量比为15 ： 100)，润滑剂硬脂酸锂 4. 5g(润滑剂与复合粘接剂的质量比为3 ： 100)。
[0032] (4)将步骤⑵得到的75g的环氧树脂粉末、1. 5g平均粒径为IOOnm的炭黑（炭 黑和复合粘接剂的质量比为ι ： 100)及步骤（3)得到的酚醛树脂覆膜砂加入高速混合机 中，进行均勻混合。
[0033] 实施例3 ：
[0034] (1)将双酚A型环氧树脂E-06在低温冷冻设备中冷却到_150°C，采用高速冲击式 粉碎机将其进行粉碎加工；
[0035] (2)将步骤（1)得到的粉末通过气流式筛分，得到粒径分布在10〜50μπι间的环 氧树脂粉末。
[0036] (3)采用冷法覆膜工艺制备酚醛树脂覆膜砂，其中原砂为5000g，酚醛树脂为 75g(原砂和复合粘接剂的质量比为2. 4 ： 100，复合粘接剂中酚醛树脂质量百分比为 62. 5%)，固化剂乌洛托品为15g(固化剂与复合粘接剂的质量比为12. 5 ： 100)，润滑剂硬 脂酸钙6g(润滑剂与复合粘接剂的质量比为5 ： 100)。
[0037] (4)将步骤⑵得到的45g的环氧树脂粉末、0. 9g平均粒径为SOnm的炭黑（炭黑 和复合粘接剂的质量比为0.75 ： 100)及步骤（3)得到的酚醛树脂覆膜砂加入高速混合机 中，进行均勻混合，过筛。
[0038]实例 4 ：
[0039] (1)将双酚A型环氧树脂E-12在低温冷冻设备中冷却到_150°C，采用高速冲击式 粉碎机将其进行粉碎加工；
[0040] (2)将步骤（1)得到的粉末通过气流式筛分，得到粒径分布在10〜50μπι间的环 氧树脂粉末。
[0041] (3)采用冷法覆膜工艺制备酚醛树脂覆膜砂，其中原砂为5000g，酚醛树脂为 84g(原砂和复合粘接剂的质量比为2. 8 ： 100，复合粘接剂中酚醛树脂质量百分比为60% )，固化剂乌洛托品为19. 6g(固化剂与复合粘接剂的质量比为14 ： 100)，润滑剂硬脂酸钙8. 4g(润滑剂与复合粘接剂的质量比为6 ： 100)。
[0042] (4)将步骤（2)得到的56g的环氧树脂粉末、1. 19g平均粒径为SOnm的炭黑（炭 黑和复合粘接剂的质量比为0.85 ： 100)及步骤（3)得到的酚醛树脂覆膜砂加入高速混合 机中，进行均勻混合，过筛。
[0043] 本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内 容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思 路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
