一种3D打印用喂料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种3D打印用喂料及其制备方法和应用，所述喂料为高分子粘结剂包裹的金属粉体，呈线状。所述线状喂料经由3D打印机打印出预设形状的生坯后，依次经过脱脂、烧结，可得到结构复杂、精度高的金属产品。与现有技术相比，本发明专利技术将所述线状喂料应用到3D打印中，能够避免对原料的浪费；可以通过选择喂料的不同线径以及控制加热温度来控制产品表面的精度，提高产品的质量；同时可利用简单的热电偶进行熔融处理，不需要复杂且昂贵的激光加热设备，降低了生产成本。本发明专利技术将粉末注射成型技术和3D打印技术相结合，可以快速打印制作复杂的产品，缩短开发流程，实现量产普及化。具有良好的经济效益和广阔的应用前景。

Feed for 3D printing and preparation method and application thereof

The invention relates to a feed for 3D printing and a preparation method and an application thereof, wherein the feed is a metal powder wrapped by a macromolecule binder and is linear. The wire feeding via the 3D printer to print out the green preset shape, followed by degreasing, sintering, metal products can be obtained with complex structure, high precision. Compared with the prior art, the invention of the linear feed is applied to the 3D print, can avoid the waste of raw materials; through different line selection of feed size and temperature control to control the precision of the surface of the product, improve the product quality; at the same time of melting process using simple thermocouple, without laser heating equipment the complex and expensive, reduce the production cost. The invention combines powder injection molding technology and 3D printing technology, can rapidly print and manufacture complex products, shorten the development process, and realize the popularization of mass production. It has good economic benefits and broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印用喂料及其制备方法和应用
本专利技术涉及金属料体制备领域，具体涉及一种3D打印用喂料及其制备方法和应用。
技术介绍
3D打印(3Dprinting)技术又称三维打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。诸如灯罩、身体器官、珠宝、根据球员脚型定制的足球靴、赛车零件、固态电池以及为个人定制的手机、小提琴等产品都可以用该技术制造出来。3D打印技术实际上是一系列快速原型成型技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件。目前市场上的快速成型技术分为3DP技术、SLA(全称Service-LevelAgreement)立体光固化技术、SLS(全称SelectiveLaserSintering)选择性激光烧结技术、DMLS(全称DirectMetalLaser-Sintering)直接金属激光烧结技术及FDM(全称FusedDepositionModeling)熔融层积成型技术等。3D打印技术最早应用在塑料材料上。FDM熔融层积成型技术是目前主要方式，它是将热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度(即分层厚度)继续成型，直至形成整个实体造型。其成型材料种类多，成型件精度较高、价格便宜，主要适用于成型小塑料件。然而这种方式产生的塑料产品强度低并不能满足客户的要求。为了增加产品的强度，改善产品的性能，DMLS技术采用合金材料为原料，利用金属激光烧结将原料熔融后进行3D打印。其具有高精度、高强度，速度快，成品表面光滑等特点，一般应用于航空航天以及工业用配件制造行业，可用于高阶模具设计等。但激光烧结设备复杂，制备过程能耗高，综合考虑产品分辨率、设备费用、产品外观要求及量产能力等因素，目前其无法大量普及应用。粉末注射成型技术(PIM)具有精度高、组织均匀、性能优异以及生产成本低等特点，近年来得到了快速发展。在烧结过程中，产品有10-30％的收缩特性，所以最终产品的表面粗糙度及精度较DMLS技术要好很多。因此如果可以将粉末注射成型技术和3D打印结合，则能有效整合两种技术的优点，提高产品的质量，降低生产成本，同时实现产品的普及。CN106270510A中公开了一种利用塑料3D打印机打印制造金属/合金零件的方法，该方法包括烧结原材料前处理、原材料包覆、粉末还原、3D打印、脱脂、烧结等步骤。CN106426916A中公开了一种3D打印方法，包括：混合粉末状待加工材料及粉末状尼龙材料；采用选择性激光烧结技术熔化所述尼龙材料以粘结所述待加工材料形成生坯；加热所述生坯进行热脱脂以使所述尼龙材料挥发；加热所述生坯至所述待加工材料的烧结温度以对所述生坯进行烧结；将所述生坯的环境温度降至室温以得到致密零件。上述两种方法虽然都将粉末注塑成型和3D打印技术相结合，但是其喂料模式均为粉状或颗粒状，主要存在以下缺点：使用粉状或颗粒状的原料进行3D打印时，需要将原料由下至上逐层在全区铺展涂布，大大增加了喂料量，造成了材料的浪费。在熔融过程中由于热区过大，材料之间易熔融交联，使用激光加热熔解结合时，因高分子材料的熔点低而易造成周边材料也被加热熔融，进而影响其产品精度及外观。同时粉体状或颗粒状喂料的形态不规则，因此无法进行有效均匀的涂布，易造成产品表面厚度不均。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种3D打印用喂料，所述喂料为线状，进而避免了现有粉末注射成型技术与3D打印技术结合时，因喂料形态而导致的原料浪费、设备复杂昂贵、精度不足等问题。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种3D打印用喂料，所述喂料为高分子粘结剂包裹的金属粉体，呈线状。本专利技术将粉末注射成型技术与3D打印技术相结合，得到一种线状的3D打印用喂料。将所述喂料应用到3D打印时，可以根据打印件每层所需的用料量进行供料，节省了原料；同时可以通过选择喂料的不同线径以及控制加热温度来控制产品表面的精度；且本专利技术制备的喂料采用普通的热电偶加热即可熔融，不需要昂贵的激光设备。根据本专利技术，按体积百分含量计，所述喂料由以下组分组成：15-75％金属粉体；25-85％高分子粘结剂。按体积百分含量计，所述喂料中金属粉体的含量为15-75％，例如可以是15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％或75％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。按体积百分含量计，所述喂料中高分子粘结剂的含量为25-85％，例如可以是25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％或85％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。按体积百分含量计，所述金属粉体和高分子粘结剂之和为100％。根据本专利技术，所述线状喂料的直径为0.1-5mm，例如可以是0.1mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。本专利技术中所述线状喂料的直径优选为1-3mm。根据本专利技术，所述金属粉体为钛和/或钛合金粉体、铜和/或铜合金粉体、铝和/或铝合金粉体、铁和/或铁合金粉体、钕和/或钕合金粉体中的任意一种，优选为钛和/或钛合金粉体。根据本专利技术，所述高分子粘结剂为塑基粘结剂或蜡基粘结剂。所述塑基粘结剂和蜡基粘结剂均为金属注射成型工艺中常用的粘结剂，本专利技术对其具体的组分不做特殊限定；优选地，所述塑基粘结剂的主填充剂为聚甲醛(POM)，所述蜡基粘结剂的主填充剂为石蜡(PW)。第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的3D打印用喂料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将配方量的金属粉体和高分子粘结剂进行混炼，使所述高分子粘结剂包裹在金属粉体的表面；(2)将步骤(1)得到的经高分子粘结剂包裹的金属粉体挤出成型为线状，冷却后得到所述3D打印用喂料。根据本专利技术，步骤(1)所述混炼的温度为165-200℃，例如可以是165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃或200℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。本专利技术步骤(1)所述混炼的温度优选为175-190℃，进一步优选为185℃。根据本专利技术，步骤(1)所述混炼的时间为0.5-2h，例如可以是0.5h、0.8h、1h、1.2h、1.5h、1.8h或2h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。本专利技术步骤(1)所述混炼的时间优选为1h。本专利技术选择将制得的线状喂料卷绕为盘状，有利于进行连续操作生产。第三方面，本专利技术提供如第一方面所述的喂料的应用，所述喂料应用于3D打印中。优选地，所述应用包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印用喂料，其特征在于，所述喂料为高分子粘结剂包裹的金属粉体，呈线状。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印用喂料，其特征在于，所述喂料为高分子粘结剂包裹的金属粉体，呈线状。2.如权利要求1所述的喂料，其特征在于，按体积百分含量计，所述喂料由以下组分组成：15-75％金属粉体；25-85％高分子粘结剂；优选地，所述线状喂料的直径为0.1-5mm，优选为1-3mm。3.如权利要求1或2所述的喂料，其特征在于，所述金属粉体为钛和/或钛合金粉体、铜和/或铜合金粉体、铝和/或铝合金粉体、铁和/或铁合金粉体、钕和/或钕合金粉体中的任意一种，优选为钛和/或钛合金粉体；优选地，所述高分子粘结剂为塑基粘结剂或蜡基粘结剂。4.如权利要求1-3任一项所述的3D打印用喂料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将配方量的金属粉体和高分子粘结剂进行混炼，使所述高分子粘结剂包裹在金属粉体的表面；(2)将步骤(1)得到的经高分子粘结剂包裹的金属粉体挤出成型为线状，冷却后得到所述3D打印用喂料。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述混炼的温度为165-200℃，优选为175-190℃，进一...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯春树，周龙金，侯文洁，
申请(专利权)人：昆山卡德姆新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32