一种3D打印材料及利用该3D打印材料成型制品的方法技术

本发明专利技术提供一种3D打印材料及供利用上述3D打印材料成型制品的一种方法，该方法包括步骤：(1)制备3D打印材料：将金属粉末和粘合剂按照体积比为70:30～80:20的比例混合成混合料，将所述混合料挤出造粒，然后进行拉丝制得线条；(2)3D打印：FDM三维打印机利用所述线条作为3D打印材料打印成型一制品。本发明专利技术所成型的制品成品率高、成本低廉、工艺简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及3D打印技术，尤其涉及一种3D打印材料及利用该3D打印材料成型制品的方法。
技术介绍
金属粉末注塑成型(MIM)与塑料注塑成型工艺接近，同属于模具成型；然而，模具成本高昂，随着市场产品的多种少量的订货方式，高昂的模具费很难帮助企业摊开成本，达到有效的经济效益。随着科技的发展，3D打印技术应运而生，3D打印是一种快速成型方式，使用塑料或金属粉末，通过堆叠累积的方式进行产品构造。与MIM、雕刻消减成型方式不同，3D打印技术是一种直接制造方式。在航空、医疗器械、人体器官修补等高价值应用有这广阔市场空间。但一直以来3D金属打印因其特殊性只有直接激光烧结(DMLS)方式进行成型技术比较成熟，DMLS对材料的要求极高，要求其粉末直径在20μm左右，球型粉末要求在90％以上，直径分布范围窄，堆积密度大，流动性能好，由于DMLS对材料要求苛刻，使得DMLS耗材成本居高不下。因此，需要提供一种新的3D打印材料及利用该3D打印材料成型制品的方法，成品率高、成本低廉、工艺简单。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种3D打印材料，成本低廉、制造工艺简单。本专利技术的另一个目的在于提供一种利用3D打印材料成型制品的方法，成品率高、成本低廉、工艺简单。为实现上述目的，本专利技术提供一种3D打印材料，按照体积分数计，包括金属粉末70％～80％及不与所述金属粉末发生化学反应的粘合剂20％～30％。较佳地，所述金属粉末的粒径在2μm～15μm之间，所述金属粉末为SUS304、SUS316、SUS420、SUS400C、SUS17-4PH、Ti或Kovar的金属粉末。较佳地，所述粘结剂为石蜡、巴西棕榈蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯、硬脂酸、聚苯乙烯、苯胺、甲基纤维素、硼酸、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-醋酸乙烯酯及聚乙二醇中的至少一种。本专利技术还提供利用上述3D打印材料成型制品的一种方法，包括步骤：(1)制备3D打印材料：将金属粉末和粘合剂按照体积比为70:30～80:20的比例混合成混合料，将所述混合料挤出造粒，然后进行拉丝制得线条；(2)3D打印：FDM三维打印机利用所述线条作为3D打印材料打印成型一制品。较佳地，所述方法还包括将打印成型的所述制品进行脱脂，脱脂方式为热脱脂、溶剂脱脂、蒸发脱脂、升华脱脂或催化脱脂。较佳地，所述方法还包括将脱脂后的所述制品进行烧结。较佳地，所述方法还包括将烧结后的所述制品进行后处理，后处理方式有表面处理或热处理。较佳地，所述金属粉末与所述粘合剂通过高速混合机混合，混合温度为50℃～60℃，混合时间为25min～50min。较佳地，所述混合料的挤出造粒采用单螺杆挤出机，所述单螺杆挤出机的螺杆的长径比至少为25:1。较佳地，通过拉丝机进行拉丝制得线条，所述拉丝机为单螺杆精密挤出机。与现有技术相比，本专利技术的3D打印材料对金属粉末的直径分布范围要求广，球形粉末要求低，利用FDM三维打印机也无需使用模具，使得成本低廉，是一种快速、价格低廉的金属直接成型技术。附图说明图1为本专利技术利用3D打印材料成型制品的流程示意图。图2为本专利技术3D打印的制品示意图。具体实施方式下面将参考附图阐述本专利技术几个不同的最佳实施例，其中不同图中相同的标号代表相同的部件。下面结合附图，详细阐述本专利技术的实施例。本专利技术实质在提供一种3D打印材料及利用3D打印材料成型制品的方法，成品率高、成本低廉、制造工艺简单。如图1所示，首先制备3D打印材料：将金属粉末和粘合剂按照体积比为70:30～80:20的比例混合成混合料，将混合料挤出造粒，然后进行拉丝制得线条。具体地，金属粉末的粒径在2μm～15μm之间，金属粉末为SUS304、SUS316、SUS420、SUS400C、SUS17-4PH、Ti或Kovar的金属粉末。粘结剂为不与金属粉末发生化学反应的小分子有机物或高分子聚合物，且易于后续的脱脂、烧结(后面将详述)，于本实施例中，粘结剂为石蜡、巴西棕榈蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯、硬脂酸、聚苯乙烯、苯胺、甲基纤维素、硼酸、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-醋酸乙烯酯及聚乙二醇中的至少一种。金属粉末与粘合剂通过高速混合机混合，混合温度为50℃～60℃，混合时间为25min～50min，确保混合料无结团、无分层、均匀。混合料的挤出造粒采用单螺杆挤出机，单螺杆挤出机的螺杆的长径比至少为25:1，温度设置一般以65℃为温度起点，逐区递增，最高温度以不超过200℃为宜，最后一个温度区与模口温度在170℃左右，该温度应高于粘合剂的熔融温度。混合料自模口挤出后冷却，冷却为风床冷却，并经过切粒机造粒。最后通过拉丝机进行拉丝制得线条，该线条即为3D打印材料，拉丝机为单螺杆精密挤出机，拉丝机的模口有1.75mm、3.00mm两个规格，视FDM三维打印机的挤出规格而定。线条出模口后经过水槽冷却、牵引、涨力储线和收卷，最后成为卷状焊条。适当的水槽水温可以确保线条的圆度，尺寸稳定，水槽水温为45℃～65℃,具体根据出现速度而定。因金属粉末焊条制品所含金属粉末比例较多，收卷卷筒采用大直径卷筒：Φ150mm以上。制得3D打印材料后进行3D打印：FDM三维打印机利用线条作为3D打印材料打印成型一制品。具体地，FDM三维打印机的喷嘴温度设为175～190℃，比粘结剂融化温度高5～10℃为佳，热床温度为65～85℃，接近粘结剂的热变形温度为佳。FDM三维打印机以CAD等制图软件输出的STL文件进行FDM3D打印，得到制品粗坯。然后将粗坯依次进行脱脂、烧结及后处理。具体地，脱脂方式为热脱脂、溶剂脱脂、蒸发脱脂、升华脱脂或催化脱脂。以热脱脂为例，将粗坯放到脱脂炉里面，通入惰性气体，程序升温至700～900℃，该温度比粘结剂的裂解温度高10～30℃；在最高温度保温1小时左右，具体根据粗坯的壁厚而定，壁厚越厚，保温时间越长，相同的粘合剂保温的温度则一致。然后开启冷却装置，将炉体冷却至室温。整个过程一直在惰性气体的保护气氛，防止制品热氧化。脱脂后质量大概会减少7～10％左右。脱脂的目的是：除去坯体中的高分子材料，并预烧结，产品定型。对于烧结工艺：根据不同的金属粉末属性，选择不同的烧结曲线，采用设备为高真空烧结炉，真空度0.1Mpa。为了保证有良好的烧结效果、低变形率，建议采用缓慢升温，升温速率在5～8℃/min左右为佳，温度到达金属粉末熔点后，保温1个小时左右。可根据制品壁厚来决定保温时间长短。然后在真空氛围下冷却至室温出炉。将烧结后的制品进行后处理，后处理方式有表面处理或热处理。热处理是为了使金属内部更为缜密，表面处理有抛光，具体选择根据制品的表面要求。实施例1原料：选择市场上可用于金属粉末成型的304L不锈钢粉末。粉末直径为5～15μm。粘合剂采用低密度聚乙烯、石蜡和硬脂酸的混合粘合剂，重量比为低密度聚乙烯50％、石蜡37％、硬脂酸13％，不锈钢粉与粘合剂的体积比为65:35。混合工艺：采用高速混合机，锅壁油温加热，温度为55±5℃，在1400rpm下混合30分钟后，出料。挤出造粒：采用四段控温的挤出机，螺杆长径比20：1。温度设置为：筒体一段二段三段通道及口模温度，℃60140155155经造粒后颗粒料为圆柱形，直径3mm、长3mm左右。拉丝工艺：采用五段控温精密挤出机，螺杆长径比：20:1。温度设置为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印材料，其特征在于，按照体积分数计，包括金属粉末70％～80％及不与所述金属粉末发生化学反应的粘合剂20％～30％。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印材料，其特征在于，按照体积分数计，包括金属粉末70％～80％及不与所述金属粉末发生化学反应的粘合剂20％～30％。2.如权利要求1所述的3D打印材料，其特征在于：所述金属粉末的粒径在2μm～15μm之间，所述金属粉末为SUS304、SUS316、SUS420、SUS400C、SUS17-4PH、Ti或Kovar的金属粉末。3.如权利要求1所述的3D打印材料，其特征在于：所述粘结剂为石蜡、巴西棕榈蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯、硬脂酸、聚苯乙烯、苯胺、甲基纤维素、硼酸、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-醋酸乙烯酯及聚乙二醇中的至少一种。4.利用权利要求1～3任一项所述的3D打印材料成型制品的方法，其特征在于，包括步骤：(1)制备3D打印材料：将金属粉末和粘合剂按照体积比为70:30～80:20的比例混合成混合料，将所述混合料挤出造粒，然后进行拉丝制得线条；(2)3D...

【专利技术属性】
技术研发人员：王杰群，冯晔，
申请(专利权)人：东莞市兴茂橡塑科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44