一种TPU柔性导热汽车座椅衬垫材料的3D打印制造工艺制造技术

本发明专利技术属于高分子材料技术领域，具体提供一种TPU柔性导热汽车座椅衬垫材料的3D打印制造工艺。该工艺包括以下步骤：选用SLS设备；设计三维镂空模型；制备功能化TPU复合粉体；设定SLS的工艺参数，将混合后的粉体进行SLS成型，打印标准测试件；对打印出的标准测试件进行性能测试；成型TPU柔性导热汽车座椅衬垫材料，并对SLS成型后的导热汽车仪座椅衬垫材料进行清粉、喷砂、上色等处理，可供后续与汽车座椅壳体和表面包覆材料组装成完整的汽车座椅。本发明专利技术操作简单，灵活性高，适用范围广，成型产品具有较好的柔性、导热性能、抗冲击性能和耐磨性能，有效的提高了乘坐人员的舒适体验感。有效的提高了乘坐人员的舒适体验感。有效的提高了乘坐人员的舒适体验感。

【技术实现步骤摘要】
一种TPU柔性导热汽车座椅衬垫材料的3D打印制造工艺


[0001]本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种TPU柔性导热汽车座椅衬垫材料的3D打印制造工艺。

技术介绍

[0002]随着社会的不断进步，越来越多的家庭拥有了自己的汽车，人们对车内环境舒适性的要求也越来越高。汽车座椅的传统结构为骨架外面套泡沫，泡沫外面包覆面套，面套除了外观可见的皮革或织物外，下面一般复合一层软泡沫。天气炎热时，长时间驾驶汽车，乘员的背部、臀部与座椅贴合的部分，人体产生的热量无法散发出去，极大的影响舒适性。而且人体陷入到座椅面套、泡沫中，由于面套、泡沫的导热性差，即使车内开空调，也无法降低接触处温度。同样的，在天气寒冷时，即使车内开暖风，人体与座椅接触处升温也较慢。目前的解决方案，一般是在座椅内布置通风、制冷、加热装置，但结构都比较复杂、成本高、占用空间大、且工作时需要消耗电能。普通的汽车座椅是指坐车时乘坐的座椅，按照部位的话，大致可以分为：前排座椅有头枕、靠背、坐垫、扶手；后排座椅有头枕、靠背、坐垫、侧翼、扶手。而头枕、靠背和坐垫部为是影响驾驶人员和乘坐人员舒适感的最重要的部位，因此，对于这些部位材料的选用、和结构的设计以及成型工艺选择是至关重要的。此外，现有汽车座椅衬垫材料主要是海绵，海绵在发泡成型中，各部位的泡孔结构、泡孔密度、柔韧性、弹性等是相同的，并不能根据汽车座椅随汽车行驶中驾乘人员对座椅不同部位受力差异对不同部位的硬度、支撑力、回弹性、柔性等作差异化设计。然而，通过3D打印SLS技术可以根据实际情况需要，实现镂空结构密度、粗细的差异化设计，满足上述要求。
[0003]热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一种性能介于橡胶和塑料中间的高分子材料，其硬度范围宽，并且具有耐磨、耐油和可透明性等特征，同时具有极佳的弹性性能。此外，TPU作为柔软的形状记忆聚合物，在加热
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变形
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固定
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恢复的循环中展现出独特的热机械存储和强大的形状恢复能力，这样的属性既可以创建功能性活动组件，又可以延长其在应用中的使用寿命。因此，开发研究用于SLS成型的TPU柔性导热专用粉体，并将汽车座椅的衬垫材料的结构设计为镂空结构，可以很好解决散热、升温、耐磨、抗冲击和舒适性等问题。
[0004]本专利技术所使用的选择性激光烧结(SLS)是一种以粉体为原材料的增材制造(3D打印)技术，利用激光提供的能量使粉体熔融然后层层堆叠最终形成打印制件，可以制备形状结构复杂的功能件以及一些加工困难的零件，具有成型速度快、精度高等特点，被广泛应用于航天航空、生物医疗、汽车制造等领域。通过制备导热性、抗冲击性及耐磨性能突出的功能化TPU复合材料，并利用SLS工艺成型TPU 柔性导热汽车座椅衬垫镂空结构材料，能充分发挥SLS成型技术工艺简单、无需支撑结构、成型精度高、材料利用率高的优势和不需设计模具、设计制造一体化、成形材料多样化，制件形状任意化的特点。
[0005]中国专利申请号为202010639422.9公开了一种汽车坐垫用的无纺布发泡衬垫材料及其制备工艺，通过将亲水涤纶纤维和回纺涤纶进行混料、延绵、梳理、铺网、牵伸制成棉网，将制成的亲水涤纶纤维棉网铺设在回纺涤纶的棉网上或双层回纺涤纶的棉网的中间，
同时进行水刺加固处理，制成无纺布发泡衬垫材料。其成型工艺较为复杂，操作难度高，且制备的汽车座椅衬垫材料导热性能差、舒适性差。
[0006]中国专利申请号为201611100997.3公开了一种汽车座椅坐垫的制作工艺，通过将所需的原料进行反应混合、搅拌后的原料投入到注塑机中，加热使得其中塑料成为熔融状态即可注入模具中成型汽车座椅衬垫材料。此工艺所制备的汽车座椅坐垫弹性好，透气效果好，具有抑菌功能，但对于形状复杂的汽车座椅衬垫材料用此工艺成型困难，成型效果差，升温散热性能差。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：
[0008]为了克服以上不足，本专利技术的目的是提供一种TPU柔性导热汽车座椅衬垫材料的3D打印制造工艺，其中，所成型的TPU柔性导热汽车座椅衬垫材料为镂空结构，并将其组装在汽车座椅壳体上形成完整的汽车座椅，因此设计和SLS成型的是不同部位(例如头枕、靠背、坐垫)分别构建的。本专利技术力求达到以下优点：工艺简单、灵活性高、适用范围广、实用性强，可以实现汽车座椅衬垫材料结构复杂化、多种多样化，满足市场上不同审美需求，并且通过该工艺制得的汽车座椅衬垫材料不仅质量好，而且具有良好的导热性、抗冲击及耐磨性等性能。
[0009]该工艺将汽车座椅衬垫材料设计为镂空结构进行成型。可归因为以下几个方面：
[0010](1)优异的性能。镂空结构在机械、热和光学性能方面都具有良好的表现。成型的镂空结构具有压缩和弹性两种动态属性，在面对机械冲击时弹性和压缩行为表现了快速的集体反应，以抵消对各个节点的应力。
[0011](2)轻量化。同样的体积，镂空结构只需要使用30％
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40％甚至更少的材料，也就是其重量至少减少了60％，极大的节约了原材料的消耗。
[0012](3)热传导。将汽车衬垫材料设计为镂空结构最主要的原因是为了更好的解决传统汽车衬垫材料冬季热量流失、夏季散热差的问题。原因是一方面镂空结构中间的空气层可以很好的隔绝热量的转移，可以避免冬季热量流失，另一方面由于镂空结构具有很高的比表面积，我们可以通过气流交换来快速转移整个部件的热量，达到夏季散热的目的。
[0013]
技术实现思路
：
[0014](1)利用该工艺成型的TPU柔性汽车衬垫材料具有良好的导热性能、抗冲击性能及耐磨性能。
[0015](2)实验所制备的功能化TPU导热复合粉体是针对与这一成型工艺方法来实施制备的，其目的是利用该工艺来制造具有一定性能的汽车衬垫材料，整个过程是一个完整的体系。
[0016](3)将汽车座椅衬垫材料设计为镂空结构，一方面可以节约材料，降低成本，同时给乘客带来更为舒适的体验，但更为重要的方面体现在热传导上，由于镂空结构具有很高的比表面积，可以通过气流交换来快速地转移和传递热量，有效解决了传统汽车座椅材料升温慢、散热差等问题。
[0017](4)本专利技术可以通过人体三维成像，设计并打印符合驾驶人员人体三维形状的汽车座椅，并根据驾乘人员对座椅不同部位的受力差异以及不同部位的硬度、支撑力、回弹
性、柔性等进行差异化设计。
[0018]本专利技术的通过以下技术方案和步骤，制造一种TPU柔性导热汽车座椅衬垫材料：
[0019](1)选用工业级适合于聚合物材料的3D打印选择性激光烧结 (SLS)设备进行成型；
[0020](2)设计TPU柔性导热汽车座椅衬垫材料三维镂空模型，将模型转化为STL文件格式，将STL文件进行横截面切片分割，导入SLS 计算机辅助系统；
[0021](3)制备导热性能良好的功能化TPU复合粉体；
[0022](4)设置SLS工艺参数，打印温度为110～150℃，扫描速度为 6000mm/s～120本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TPU柔性导热汽车座椅衬垫材料的3D打印制造工艺，其特征在于：包括以下步骤：（1）选用工业级适合于聚合物材料的3D打印选择性激光烧结（SLS）设备进行成型；（2）设计TPU柔性导热汽车座椅衬垫材料三维镂空模型，将模型转化为STL文件格式，将STL文件进行横截面切片分割，导入SLS计算机辅助系统；（3）制备导热性能良好的功能化TPU复合粉体；（4）设置SLS工艺参数，打印温度为110~150℃，扫描速度为6000mm/s~12000mm/s激光功率为15~45W，铺粉厚度为0.10~0.30mm，扫描间距为0.08~0.30mm；（5）将导热性能良好的功能化TPU复合粉体装入SLS设备，通过SLS工艺成型标准测试件；（6）对所成型的标准测试件进行性能测试，其中包括力学性能测试、导热性能测试；（7）SLS成型TPU柔性导热汽车座椅衬垫材料，并对SLS成型后的导热汽车座椅衬垫材料进行清粉、喷砂、上色等处理，可供后续与汽车座椅壳体和表面包覆材料组装成完整的汽车座椅。2.根据权利要求1所述的一种TPU柔性导热汽车座椅衬垫材料的3D打印制造工艺，其特征在于：所述导热性能良好的功能化TPU复合粉体包括以下组分：（1）TPU粉体100质量份；（2）导热填料10~50质量份，优选10~30质量份；（3）抗冲击填料10~40质量份，优选10~20质量份；（4）流动助剂2~15质量份，优选2~10质量份；（5）稳定剂0.1~3质量份，优选0.1~1.5质量份；（6）抗氧剂2~10质量份，优选2~5质量份；（7）偶联剂2~10质量份，优选2~5质量份；所述导热性能良好的功能化TPU复合粉体的制备方法是按比例将各组分加入到高速混合机中机械混合10~50min即可获得。3.根据权利要求1所述的一种TPU柔性导热汽车座椅衬垫材料的3D打印制造工艺，其特征在于：所述的汽车座椅衬垫材料包括头枕材料、背靠材料、坐垫材料，均...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴唯，胡焕波，张习云，刘冬梅，
申请(专利权)人：裕克施乐塑料制品太仓有限公司，
类型：发明
国别省市：