本发明涉及一种激光烧结3d打印快速成型粉体材料的制备方法，属于快速成型的材料领域，特别涉及一种以糖为胶粘剂制备激光烧结3d打印覆膜砂的方法及激光烧结3d打印成型。
背景技术：
糖是由甘蔗和甜菜榨出的糖蜜制成的精糖，是由葡萄糖及果糖各一个分子脱水缩合而成的非还原性的双糖，加热至160℃，便熔化成为浓稠透明的液体，冷却时又重新结晶。加热时间延长，蔗糖即分解为葡萄糖及脱水果糖。在190～220℃的较高温度下，蔗糖便脱水缩合成为焦糖。焦糖具有很强的粘结作用，可以使粉体粘结在一起，起到粘结剂的作用。采用糖作为胶粘剂代替化学胶粘剂，减少环境污染问题。
宝珠砂又名电熔陶粒，是石英砂的高级替代品。石英砂的优点是分布广泛，成本低廉；但其缺点也相当明显：一是膨胀系数大，铸件精度低；二是铸件表面粘砂严重，清砂困难。究其因，是石英在不同的温度下会有多种同质异晶体生成，体积变化大；受耐火度(石英砂的耐火度在1400～1700℃之间)的限制，铸件局部(孔、槽、及热节集中的部位)粘砂严重，清理十分困难。上述缺点在大型铸钢件的生产中尤为严重。宝珠砂能克服这些缺点，从而大大提高了铸件的质量。宝珠砂是以优质铝钒土为原料，经煅烧、电熔、造粒、分筛等工艺而制成的。
覆膜砂(coatedsand)。砂粒表面在造型前即覆有一层固体树脂膜的型砂或芯砂。有冷法和热法两种覆膜工艺：冷法用乙醇将树脂溶解，并在混砂过程中加入乌洛托品，使二者包覆在砂粒表面，乙醇挥发，得覆膜砂；热法把砂预热到一定温度，加树脂使其熔融，搅拌使树脂包覆在砂粒表面，加乌洛托品水溶液及润滑剂，冷却、破碎、筛分得覆膜砂。用于铸钢件、铸铁件。覆膜砂是由德国克洛宁博士于二次大战期间发明的，其工艺过程是将粉状的热固性酚醛树脂与宝珠砂机械混合，加热时固化。后发展成用热塑性酚醛树脂加潜伏性固化剂(乌洛托品)和润滑剂通过一定的覆膜工艺配制成覆膜砂，当覆膜砂受热时包覆在砂粒表面的树脂熔融，在乌洛托品分解出的亚甲基的作用下，熔融的树脂由线性结构迅速转变成不熔融的体型结构，从而使覆膜砂固化成型。
激光烧结3d打印属于增材制造的一种方法。这种工艺也是以激光器为能量源，通过激光束使塑料、蜡、陶瓷、金属或其复合物的粉末均匀地烧结在加工平面上。在工作台上均匀铺上一层很薄的粉末作为原料，激光束在计算机的控制下，通过扫描器以一定的速度和能量密度按分层面的二维数据扫描。经过激光束扫描后，相应位置的粉末就烧结成一定厚度的实体片层，未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。这一层扫描完毕后，随后需要对下一层进行扫描。先根据物体截层厚度即分层层厚而降低工作台，铺粉滚筒再一次将粉末铺平，可以开始新一层的扫描。如此反复，直至扫描完所有层面。去掉多余粉末，并经过后处理，即可获得产品。
在现有的成型材料领域中，由于sls快速成型技术具有原料来源多样和零件的构建时间较短等优点，故在快速成型领域有着较广泛的应用。但大部分是有机材料和复合材料，中国发明专利cn1379061a中公开了一种用于激光烧结成型制品的尼龙粉末材料，通过化学合成和工艺的改进，对尼龙粉末材料的表面进行处理，得到了烧结性能优良，成型制品强度高，韧性好的产品，简化了激光烧结尼龙材料的制备工艺，降低了成本；中国发明专利cn103881371中公开了一种激光烧结3d制造技术用石塑复合粉末及其制备方法。
本申请将糖胶粘剂涂层到到改性后的宝珠砂表面，得到覆膜砂可以直接采用激光烧结3d打印成型。成型过程中不需要喷洒胶粘剂。优点是胶粘剂用量大大减少，减少环境污染，产品的品质高。本申请的工艺制备的覆膜砂胶粘剂涂层均匀，表面光滑，流动性好，适合激光烧结3d打印成型。此外，本申请提供的制备方法简单，成本低。
技术实现要素：
本发明的目是提供一种以糖为胶粘剂制备激光烧结3d打印覆膜砂的方法，快速成型覆膜砂不需要喷洒粘结剂可直接激光扫描成型；
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种以糖为胶粘剂制备激光烧结3d打印覆膜砂的方法，其特征在于，该方法具有以下工艺步骤：
(1)宝珠砂预处理：将宝珠砂用水清洗后，浸泡在质量百分浓度为5～6％的十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中，室温放置48h，固液分离，干燥，得到预处理宝珠砂；
(2)激光烧结3d打印覆膜砂制备：在反应器中，按质量百分浓度加入，水：38％～44％，白糖：2％～6％，预处理宝珠砂：52％～56％，二亚乙基三胺：0.2％～1.0％，聚乙二醇：0.2％～2.0％，各组分之和为百分之百，强力搅拌，温度升至160～170℃，直至水分蒸发完毕，研磨，过120目筛，得到激光烧结3d打印覆膜砂。
在步骤(1)中所述的宝珠砂的粒径在160～200目范围内。
在步骤(1)中所述的宝珠砂与十六烷基三甲基溴化铵的水溶液的固液比为1g：5～10ml范围内。
在步骤(2)中所述的聚乙二醇为聚乙二醇200或聚乙二醇400。
在步骤(2)中所述的白糖为食用的绵白糖或白砂糖。
本发明所述的颗粒度测试方法是采用激光粒度仪测得的粒度当量直径尺寸。
本发明的另一目的是提供激光烧结3d打印覆膜砂在3d打印机上成型的应用，特点为：将激光烧结3d打印成型激光烧结3d打印覆膜砂加入到选择性激光烧结成型机的供粉缸中，铺粉滚轮将粉末材料均匀地铺在加工平面上并被加热至加工温度，激光器发出激光，计算机控制激光器的开关及扫描器的角度，使得激光束在加工平面上根据对应的二维片层形状进行扫描，激光束扫过之后，工作台下移一个层厚，再铺粉，激光束扫描，如此反复，得到激光烧结件；其中激光束在加工平面上扫描的方式为分区域扫描，激光功率为80～100w，扫描速度为1500mm/s，扫描间距为0.1～0.15mm，分层厚度为0.10～0.2mm，预热温度：100℃，加工温度为200～210℃。
本发明与现有技术比较，具有如下优点及有益效果：
(1)本发明获得的激光烧结3d打印覆膜砂，采用糖作为胶粘剂涂层在宝珠砂表面，绿色环保，不需要喷洒粘结剂在激光烧结条件下可直接成型。
(2)本发明获得的激光烧结3d打印覆膜砂，颗粒的粒径均匀，球形度高，流动性好的特点，性质稳定；由这种快速成型粉末材料可以制造薄壁模型或微小零部件，制造出产品具有表面光泽度高，强度好，精度高等特点。
(3)本发明获得的激光烧结3d打印覆膜砂，具有制备工艺简单，条件易于控制，生产成本低，易于工业化生产，易于储存，无污染等优点。
具体实施方式
实施例1
(1)宝珠砂预处理：将100g宝珠砂用水清洗后，浸泡在800ml质量百分浓度为5％的十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中，室温放置48h，固液分离，干燥，得到预处理宝珠砂；
(2)激光烧结3d打印覆膜砂制备：在反应器中，分别加入，水：40ml，白糖：5g，预处理宝珠砂：54g，二亚乙基三胺：0.5g，聚乙二醇：0.5g，强力搅拌，温度升至160～170℃，直至水分蒸发完毕，研磨，过120目筛，得到激光烧结3d打印覆膜砂。
实施例2
(1)宝珠砂预处理：将1000g宝珠砂用水清洗后，浸泡在10000ml质量百分浓度为6％的十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中，室温放置48h，固液分离，干燥，得到预处理宝珠砂；
(2)激光烧结3d打印覆膜砂制备：在反应器中，分别加入，水：380ml，白糖：40g，预处理宝珠砂：560g，二亚乙基三胺：10g，聚乙二醇：10g，强力搅拌，温度升至160～170℃，直至水分蒸发完毕，研磨，过120目筛，得到激光烧结3d打印覆膜砂。
实施例3
(1)宝珠砂预处理：将1000g宝珠砂用水清洗后，浸泡在5000ml质量百分浓度为5.5％的十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中，室温放置48h，固液分离，干燥，得到预处理宝珠砂；
(2)激光烧结3d打印覆膜砂制备：在反应器中，分别加入，水：440ml，白糖：35g，预处理宝珠砂：520g，二亚乙基三胺：2g，聚乙二醇：2g，强力搅拌，温度升至160～170℃，直至水分蒸发完毕，研磨，过120目筛，得到激光烧结3d打印覆膜砂。
实施例4
(1)宝珠砂预处理：将2000g宝珠砂用水清洗后，浸泡在14000ml质量百分浓度为5％的十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中，室温放置48h，固液分离，干燥，得到预处理宝珠砂；
(2)激光烧结3d打印覆膜砂制备：在反应器中，分别加入，水：420ml，白糖：20g，预处理宝珠砂：550g，二亚乙基三胺：8g，聚乙二醇：8g，强力搅拌，温度升至160～170℃，直至水分蒸发完毕，研磨，过120目筛，得到激光烧结3d打印覆膜砂。
实施例5
(1)宝珠砂预处理：将500g宝珠砂用水清洗后，浸泡在4000ml质量百分浓度为5％的十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中，室温放置48h，固液分离，干燥，得到预处理宝珠砂；
(2)激光烧结3d打印覆膜砂制备：在反应器中，分别加入，水：195ml，白糖：30g，预处理宝珠砂：265g，二亚乙基三胺：5g，聚乙二醇：5g，强力搅拌，温度升至160～170℃，直至水分蒸发完毕，研磨，过120目筛，得到激光烧结3d打印覆膜砂。
使用方法：将激光烧结3d打印覆膜砂加入到选择性激光烧结成型机的供粉缸中，铺粉滚轮将粉末材料均匀地铺在加工平面上并被加热至加工温度，激光器发出激光，计算机控制激光器的开关及扫描器的角度，使得激光束在加工平面上根据对应的二维片层形状进行扫描，激光束扫过之后，工作台下移一个层厚，再铺粉，激光束扫描，如此反复，得到激光烧结件；其中激光束在加工平面上扫描的方式为分区域扫描，激光功率为80～100w，扫描速度为1500mm/s，扫描间距为0.1～0.15mm，分层厚度为0.10～0.2mm，预热温度：100℃，加工温度为200～210℃。