选择性激光烧结杨木/热塑性聚氨酯的成型性能研究

张 慧, 刘大坤, 郭艳玲, 李 健

(东北林业大学 机电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150040)

选择性激光烧结(SLS)，作为增材制造(又称“3D打印”)的一种分支技术[1]，依据“离散-堆积”加工原理，利用激光束逐层有选择性地扫描加热粉末[2]，使其快速熔融、冷却凝固而黏结成形，最终加工出形状复杂的三维实体模型或功能件[3]。可用耗材是SLS技术的发展壁垒，其种类和性能决定着该技术在各行各业中应用的广度和深度[4]。低成本、绿色环保、高性能、具有生物相容性的柔性材料是医疗、制鞋、仿生机器人、服装等行业亟需的SLS耗材[5-7]。针对SLS技术的发展需求，本研究提出以杨木粉和热塑性聚氨酯(TPU)粉末为原料制备柔性木塑混粉，并应用于SLS实验。杨木粉来源于林业废弃物，由黄杨木长纤维粉碎而得。TPU拥有良好的生物相容性和弹性[8]，它的复合材料已经被应用到3D打印技术中[9-11]，添加杨木粉旨在提升材料的尺寸精度和稳定性[12]，杨木/TPU混粉SLS技术目前还未见报道。木塑混粉兼具木材和塑料的特性，具备相对生态友好、价格低廉的优势[13-14]，杨木/TPU混粉的成本不到进口TPU粉末价格的1/10，且杨木粉加入量越高，成本越低。此外，有别于木塑材料的传统成型工艺(挤出、热压、注塑、发泡和吹塑成型等[15-16])，SLS技术可在无压力、无模具和无需刀具的条件下一体化加工出结构复杂的木塑产品，大大降低了个性化木塑产品的生产周期和研发成本。本研究以提高木塑激光烧结制件的力学性能为目的，采用部分因子实验设计方法(DOE)，利用Minitab软件，进行SLS工艺参数优化，借助微观结构观察来分析该材料激光烧结的黏结机理，并探讨了杨木粉加入量和工艺参数对杨木/TPU混粉成型性能的影响机制。……