一种陶瓷基镍合金复合材料的3D打印方法技术

一种陶瓷基镍合金复合材料的3D打印方法，其特征在于：将按比例混合均匀的ZrO2陶瓷粉体和Ni基合金粉末置于金属3D打印工作室内，在功率100~400W，扫描速度200~600mm/s，光斑直径30~60μm，扫描间距40~70μm，工作室氧浓度＜50ppm条件下打印，将3D打印得到的制件在N2气保护和温度800~890℃下退火，时间8~12h。本发明专利技术打印的制件材料与人体生物相溶性好，组织致密可控，力学性能适配，具有优良的耐蚀抗磨损性能，生产周期短，制作成本低，通过改变Ni60合金在基体材料中的比例，可以调整成形制件的整体强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种陶瓷基镍合金复合材料的3D打印方法，属于金属选区激光熔化

技术介绍
3D打印技术是一种实体快速成型制造技术，它采用离散--堆积原理，综合了计算机图形处理、数字化信息和控制、光机电技术和材料技术等多项技术的优势，通过逐层不同图形的积累，最终形成一个三维物体。直接制造金属零件以及部件，甚至是组装好的功能性金属制件产品，无疑是3D打印体系中最为前沿、最具应用潜力的技术。目前，可用于直接制造金属功能零件的快速成型方法主要有：选区激光熔化（SelectiveLaserMelting，SLM）、电子束选区熔化（ElectronBeamSelectiveMelting，EBSM）、激光近净成形（LaserEngineeredNetShaping，LENS）等。生物医用制品及器件是金属3D打印技术的重要应用领域。研究表明，Ti合金（Ti-6Al-4V等）和Ni合金都具有良好的生物相容性。国外研究人员采用SLM工艺制备出梯度化Ti-6Al-4V合金多孔牙科种植体，通过显微组织分析，机械性能分析和表面处理，种植体与人体组织具有良好的相容性。而且也制备出Ti-6Al-4V合金和Co-Cr-Mo合金的多孔植入体，孔隙率最高达到70%，满足了植入体的力学性能与生物体的选配。然而，Ti合金和Ni合金虽然具有良好的生物相容性，但不具备生物活性。在现有技术中，还没有尝试采用3D打印技术制备以生物陶瓷为基与具有良好生物相容性的金属Ni合金成型的复合材料牙科制件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提出一种具有优良生物相容性和生物活性的陶瓷基Ni合金复合材料的3D打印方法。本专利技术是通过以下方案实现的：将按比例混合均匀的ZrO2陶瓷粉体和Ni基合金粉末置于金属3D打印工作室内，在功率100~400W，扫描速度200~600mm/s，光斑直径30~60μm，扫描间距40~70μm，工作室氧浓度＜50ppm条件下打印，按照预定的打印程序，完成三维模型的每一分层截面打印后，工作平台沿Z向下降一个层厚，再进行下一分层截面的打印，重复上述过程，得到制件；将3D打印得到的制件在N2气保护和温度800~890℃下退火，时间8~12h，退火处理后的3D打印制件组织致密、强度高、耐蚀性好，可直接应用于临床。所述三维模型的每一分层截面的厚度为20μm。本专利技术的3D打印原料由体积百分为65~90%的ZrO2陶瓷粉体和10~35%的Ni基合金粉末组成。本专利技术的ZrO2陶瓷粉体是市售的经过相变增韧的TZP陶瓷，具有高强度、高韧性和优异耐磨性和隔热性能，粉体粒度10~20μm。本专利技术的Ni基合金粉末为Ni60，粒度10~30μm，是一种自熔性的粘接金属，在高温下，Ni基合金粉末可与ZrO2陶瓷粉体形成较好的浸润与连接，提高了复合材料制件的强度。本专利技术与现有技术相比的优点是：利用陶瓷基金属粉体材料直接3D打印出牙科种植体，个性化制备效率高，制件材料与人体生物相溶性好，组织致密可控，力学性能适配，具有优良的耐蚀抗磨损性能，生产周期短，制作成本低，通过改变Ni60合金在基体材料中的比例，可以调整成形制件的整体强度。具体实施方式实施例1按体积百分85%和15%分别量取ZrO2陶瓷粉体和Ni基合金粉末，在混料机中搅拌混合均匀，放置到3D打印工作室。利用计算机建立三维实体模型，设置沿Z向生成每层厚度为20μm的层状模型和各层扫描路径程序。3D打印的工艺参数：功率150W，扫描速度600mm/s，光斑直径60μm，扫描间距70μm，工作室氧浓度＜50ppm。启动打印程序，激光光斑按照预置的扫描路径完成第一分层截面图形打印，工作台沿Z轴下降20μm，开始第二分层截面图形打印，上述过程循环进行，得到制件。将打印出的制件移到加热炉中，炉内有N2气体保护，温度850℃，退火处理时间8h，完成制件的制备。实施例2按体积百分70%和30%分别量取ZrO2陶瓷粉体和Ni基合金粉末，在混料机中搅拌混合均匀，放置到3D打印工作室。利用计算机建立三维实体模型，设置沿Z向生成每层厚度为20μm的层状模型和各层扫描路径程序。3D打印的工艺参数：功率100W，扫描速度600mm/s，光斑直径60μm，扫描间距70μm，工作室氧浓度＜50ppm。启动打印程序，激光光斑按照预置的扫描路径完成第一分层截面图形打印，工作台沿Z轴下降20μm，开始第二分层截面图形打印，上述过程循环进行，得到制件。将打印出的制件移到加热炉中，炉内有N2气体保护，温度850℃，退火处理时间12h，完成制件的制备。实施例3按体积百分70%和30%分别量取ZrO2陶瓷粉体和Ni基合金粉末，在混料机中搅拌混合均匀，放置到3D打印工作室。利用计算机建立三维实体模型，设置沿Z向生成每层厚度为20μm的层状模型和各层扫描路径程序。3D打印的工艺参数：功率100W，扫描速度450mm/s，光斑直径60μm，扫描间距55μm，工作室氧浓度＜50ppm。启动打印程序，激光光斑按照预置的扫描路径完成第一分层截面图形打印，工作台沿Z轴下降20μm，开始第二分层截面图形打印，上述过程循环进行，得到制件。将打印出的制件移到加热炉中，炉内有N2气体保护，温度850℃，退火处理时间12h，完成制件的制备。本专利技术是通过实施例来描述的，但并不对本专利技术构成限制，参照本专利技术的描述所公开的实施例的其它变化，对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本专利技术权利要求限定的范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷基镍合金复合材料的3D打印方法，其特征在于：将按比例混合均匀的ZrO2陶瓷粉体和Ni基合金粉末置于金属3D打印工作室内，在功率100~400W，扫描速度200~600mm/s，光斑直径30~60μm，扫描间距40~70μm，工作室氧浓度＜50ppm条件下打印，按照预定的打印程序，完成三维模型的每一分层截面打印后，工作平台沿Z向下降一个层厚，再进行下一分层截面的打印，重复上述过程，得到制件；将3D打印得到的制件在N2气保护和温度800~890℃下退火，时间8~12h。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基镍合金复合材料的3D打印方法，其特征在于：将按比例混合均匀的ZrO2陶瓷粉体和Ni基合金粉末置于金属3D打印工作室内，在功率100~400W，扫描速度200~600mm/s，光斑直径30~60μm，扫描间距40~70μm，工作室氧浓度＜50ppm条件下打印，按照预定的打印程序，完成三维模型的每一分层截面打印后，工作平台沿Z向下降一个层厚，再进行下一分层截面的打印，重复上述过程，得到制件；将3D打印得到的制件在N2气保护和温度800~890℃下退火，时间8~12h。
2.根据权利要求1所述的陶瓷...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚文军，黄正华，黎小辉，周楠，农登，甘春雷，
申请(专利权)人：广州有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44