一种三维打印用粉末材料及其配置方法技术

本发明专利技术涉及一种三维打印用粉末材料，包括主材和辅材，其中主材是打印填充的主要材料，可以是金属粉、覆膜陶瓷粉、覆膜砂、尼龙粉、石英砂等；辅材是起导热、导电和改善机械性能作用的材料，可以是金刚石、银、铜、铝、石墨、铁等。此粉末材料的粒度按一定比例配置，在各粒度配比范围内辅材与主材的配置比例为辅材0.5%‑5%，主材95%‑99.5%。这种配置方案可提高三维打印产品的紧实度和强度，且具有良好导热性，在后续使用中也具有更加优良的导热性和机械性能。

A powder material for three-dimensional printing and its configuration method

The invention relates to a powder material for three-dimensional printing, including main material and auxiliary material, in which the main material is the main material for printing and filling, and may be metal powder, coated ceramic powder, coated sand, nylon powder, quartz sand, etc. The auxiliary material is a material for conducting heat, conducting electricity and improving mechanical properties, and may be diamond, silver, copper, quartz sand, etc. Aluminum, graphite, iron and so on. The particle size of the powder material is arranged according to a certain proportion. The proportion of the auxiliary material and the main material is 0.5%5% and 95%99.5% in the range of particle size. This configuration scheme can improve the compactness and strength of 3D printing products, and has good thermal conductivity, in the subsequent use also has better thermal conductivity and mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
一种三维打印用粉末材料及其配置方法
本专利技术涉及一种三维打印材料，尤其涉及一种三维打印用粉末材料及其配置方法。
技术介绍
三维打印技术是一种快速成形技术，所应用技术包括3DP技术、SLS选区激光烧结、FDM熔融层积成型技术、LOM技术、SLA技术、DLP激光成型技术和UV紫外线成型技术等。其中利用粉末材料进行打印的三维打印技术应用范围非常广泛，主要利用微滴喷射、粉末颗粒粘结和能量固化等技术实现成形。在成形过程中，先将粉末颗粒与固化剂混合搅拌，然后铺好一层厚度固定的粉末颗粒材料，再通过喷头将粘结剂选择性的喷射在铺好的粉末颗粒层上，重复此操作，一层一层叠加起来，最终实现固化粘结成型。然而现有的三维打印粉末材料主要为石塑粉、陶瓷粉、尼龙，覆膜砂等的单一配比，局限于单一材料的性能缺陷，很难达到较高的综合性能和导热性能，或者制造成本较高，价格昂贵，不利于工业中产业化应用。公开号为CN105669063A的申请，公开了一种以二氧化硅为主要成分的3D打印用石英砂材料，但其仍然是以单一配比为主的材料，没有提到改善导热性和综合性能的办法。公开号为CN105215281A的申请，公开了一种三维打印石英覆膜砂制备方法，主要原料为石英砂，通过SDS的水溶液预处理后，作为主要原料与丙酮等多种有机试剂一起进行搅拌，干燥研磨后得到三维打印石英覆膜砂。但是，该专利中采用的石英覆膜砂制备过程复杂，成本高，而且所用的有机试剂中部分为有毒试剂，容易造成环境污染，不利于工业产业化应用。专利CN204658979U公开了一种三维打印设备，采用石英砂为基础铺设砂层，UV环氧胶粘接而成三维打印产品。但是，该专利是针对3D打印设备的，并不涉及三维打印材料的配置方法和组成。因此,设计和开发一种低成本、导热性好、综合性能优良的三维打印用粉末材料，成为本领域中亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中三维打印材料存在产品组分单一、导热性差、成本高、机械性能不足等问题，提供了一种三维打印用粉末材料，所述三维打印用粉末材料打印出来的产品部件由多组分组成、散热性能好、冷固缺陷少、综合机械性能优良、成本低、作业效率高。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种三维打印用粉末材料，所用的生产原料包括主材和辅材，其中主材是打印填充的主要材料，根据打印的目标产品的材质和性能要求来选择和制备，主材的配置比例为总重量份的95-99.5%；其中辅材是起导热、导电和改善机械性能作用的材料，选择导热系数大，且密度与主材密度尽可能接近的材料，辅材的颜色符合目标产品颜色要求，辅材的配置比例为总重量份的0.5%-5%。进一步的，所述的三维打印用粉末材料，其特征在于：所述粉末材料中的主材可以是金属粉、蜡粉、塑料粉、覆膜陶瓷粉、覆膜砂、尼龙粉、树脂、LayWoo-d3、PLA、LayBrick、BendLay、石英砂的一种或几种混合的粉末。进一步的，所述的三维打印用粉末材料，其特征在于：所述粉末材料中的辅材可以是金刚石粉、硅粉、金粉、银粉、铜粉、铝粉、石墨粉、青铜粉、镉粉、铁粉、钢粉的一种或几种混合的粉末。进一步的，所述粉末材料中的主材为不导电的蜡粉、塑料粉、覆膜陶瓷粉、覆膜砂、尼龙粉、树脂、LayWoo-d3、PLA、LayBrick、BendLay、石英砂的一种或几种混合的粉末时，辅材优先选用可导电的金粉、银粉、铜粉、铝粉、石墨粉、青铜粉、镉粉、铁粉、钢粉的一种或几种混合的粉末，所述辅材混合在所述主材中，形成了可导电的通路，此导电通路可将所述粉末材料作业过程中产生的静电导出。进一步的，所述的三维打印用粉末材料，其特征在于：所述粉末材料的粒度按以下比例配置：小于等于60目的含量为1%重量份以下，大于60目小于等于80目的含量为5%至18%重量份之间，大于80目小于等于100目的含量为26%至45%重量份之间，大于100目小于等于140目的含量为25%至42%重量份之间，大于140目小于等于200目的含量为6%至13%重量份之间，大于200目的含量小于2%，总和为100%重量份。进一步的，所述的三维打印用粉末材料，其特征在于：所述粉末材料在各粒度配比范围内辅材与主材的配置比例为：辅材0.5%-5%，主材95%-99.5%；同时，配置比例要根据主材的导热系数、所选辅材的机械性能和目标产品结构的散热能力确定；主材导热系数越低，则辅材的比例应适当提高，反之则降低；辅材的机械性能越接近或超越主材的机械性能，则比例可以适当提高，反之则应降低；打印产品结构中的厚壁结构越多，散热通道越少，则辅材的比例应提高，反之应降低。进一步的，所述粉末材料中的辅材进行粒度配置时，为了充分发挥主材的机械性能，同时发挥辅材的导热性能，优先采用以下比例配置：小于等于60目的含量为0.5%重量份以下，大于60目小于等于80目的含量为10%重量份以下，大于80目小于等于100目的含量为20%至35%重量份之间，大于100目小于等于140目的含量为35%至60%重量份之间，大于140目小于等于200目的含量为10%至20%重量份之间，大于200目的含量大于5%，总和为100%重量份。进一步的，所述的三维打印用粉末材料，其特征在于：所述粉末材料在配比的过程中需要尽可能减少60目以下粒度材料的含量，使其降到最低；这种配置方案可使打印产品的间隙减少到13%以下，从而有效地提高三维打印产品的紧实度和强度。进一步的，所述的三维打印用粉末材料，其特征在于：所述粉末材料用三维打印设备可制作砂型，砂型可直接用于铸件浇注成型，铸件浇注后，砂型当中由辅料导热颗粒形成的热传导路径可以加速热量散发，铸件的凝固更快更均匀，可以提高铸件的生产效率，减少铸件凝固缺陷。进一步的，所述的三维打印用粉末材料的配置方法，其具体步骤如下：1）所述粉末材料在根据粒度不同按照比例配置完成后，加入搅拌设备中混合均匀，当主材与辅材密度相差超过20%时，打印时需进行二次搅拌，保证混合均匀；2）辅材颗粒均布于主材颗粒之间，形成均匀且贯通的热传导路径，在打印时可以快速散发热量，实现无等待冷却固化，不易形成冷却不均带来的缺陷；3）所述粉末材料初次配置好后，先通过三维打印设备打印试块，打印完成后取出打印试块，检测其导热性能和机械性能，并对照目标产品对导热性能和机械性能的要求确定调配方案；4）可调配的包括主材与辅材的配置比例、主材和辅材在各粒度中的比例；具体来说，当试块的导热性能低于目标产品的要求，则提高辅材的重量份比例，当试块的导热性能高于目标产品的要求，则降低辅材的重量份比例；当试块的机械性能低于目标产品的要求，则需对比主材和辅材的机械性能，提高二者中对应性能参数更高的组分的重量份比例；当试块的机械性能高于目标产品的要求，则需对比主材和辅材的机械性能，减少二者中对应性能参数更高的组分的重量份比例。进一步的，所述粉末材料主材和辅材的组合方式多种多样，可以根据目标产品的性能要求，选用和提高密度小的组分，以此在提高产品机械性能的同时，降低产品的重量，质量更轻，性能更优。本专利技术的技术效果至少包括如下方面：（1）本专利技术的粉末材料由主材和辅材组成，主材可以是一种，也可以是多种组合，根据打印产品的性能要求进行选择和配比；辅材是起导热、导电和改善机械性能作用的材料，选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维打印用粉末材料，其特征在于：所述粉末材料所用的生产原料包括主材和辅材，其中主材是打印填充的主要材料，根据打印的目标产品的材质和性能要求来选择和制备，主材的配置比例为总重量份的95‑99.5%；其中辅材是起导热、导电和改善机械性能作用的材料，选择导热系数大，且密度与主材密度尽可能接近的材料，辅材的颜色符合目标产品颜色要求，辅材的配置比例为总重量份的0.5%‑5%。

【技术特征摘要】
1.一种三维打印用粉末材料，其特征在于：所述粉末材料所用的生产原料包括主材和辅材，其中主材是打印填充的主要材料，根据打印的目标产品的材质和性能要求来选择和制备，主材的配置比例为总重量份的95-99.5%；其中辅材是起导热、导电和改善机械性能作用的材料，选择导热系数大，且密度与主材密度尽可能接近的材料，辅材的颜色符合目标产品颜色要求，辅材的配置比例为总重量份的0.5%-5%。2.根据权利要求1所述的三维打印用粉末材料，其特征在于：所述粉末材料中的主材可以是金属粉、蜡粉、塑料粉、覆膜陶瓷粉、覆膜砂、尼龙粉、树脂、LayWoo-d3、PLA、LayBrick、BendLay、石英砂的一种或几种混合的粉末。3.根据权利要求1或2所述的三维打印用粉末材料，其特征在于：所述粉末材料中的辅材可以是金刚石粉、硅粉、金粉、银粉、铜粉、铝粉、石墨粉、青铜粉、镉粉、铁粉、钢粉的一种或几种混合的粉末。4.根据权利要求1或2或3所述的三维打印用粉末材料，其特征在于：所述粉末材料中的主材为不导电的蜡粉、塑料粉、覆膜陶瓷粉、覆膜砂、尼龙粉、树脂、LayWoo-d3、PLA、LayBrick、BendLay、石英砂的一种或几种混合的粉末时，辅材优先选用可导电的金粉、银粉、铜粉、铝粉、石墨粉、青铜粉、镉粉、铁粉、钢粉的一种或几种混合的粉末，所述辅材混合在所述主材中，形成了可导电的通路，此导电通路可将所述粉末材料作业过程中产生的静电导出。5.根据以上任意一项权利要求所述的三维打印用粉末材料，其特征在于：所述粉末材料的粒度按以下比例配置：小于等于60目的含量为1%重量份以下，大于60目小于等于80目的含量为5%至18%重量份之间，大于80目小于等于100目的含量为26%至45%重量份之间，大于100目小于等于140目的含量为25%至42%重量份之间，大于140目小于等于200目的含量为6%至13%重量份之间，大于200目的含量小于2%，总和为100%重量份。6.根据以上任意一项权利要求所述的三维打印用粉末材料，其特征在于：所述粉末材料在各粒度配比范围内辅材与主材的配置比例为：辅材0.5%-5%，主材95%-99.5%；同时，配置比例要根据主材的导热系数、所选辅材的机械性能和目标产品结构的散热能力确定；主材导热系数越低，则辅材的比例应适当提高，反之则降低；辅材的机械性能越接近或超越主材的机械性能，则比例可以适...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彦涛，刘轶，鲁云，郭永斌，毛春生，
申请(专利权)人：共享智能铸造产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：宁夏,64