一种3D打印用团状粉料及其制备方法和打印方法技术

本发明专利技术提供了一种3D打印用团状粉料及其制备方法和打印方法。本发明专利技术的3D打印用团状粉料为团状颗粒，按重量百分比计，团状颗粒包含以下组分：粉体90～98％、粘结剂2～10％；其中，所述粉体的粒径分布D90为0.3～35μm。本发明专利技术的3D打印用团状粉料，粉料的固含量显着提升，经烧结后相对密度可达97％以上，团状颗粒粒径分布D90为50～200μm，其中使用粉体粒径分布细小，有利于促进产品烧结密度提升机械性能，制得的3D打印用团状粉料烧结密度高，粘结剂用量小，简化了制备流程。本发明专利技术的3D打印方法，减少了能耗，打印快速、安全性高及降低了生产成本，可广泛用于3D打印。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印用团状粉料及其制备方法和打印方法
本专利技术涉及3D打印
，具体涉及一种3D打印用团状粉料及其制备方法和打印方法。
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。金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。按照金属粉末的添置方式将金属3D打印技术分为3类：1)使用激光照射预先铺展好的金属粉末，这种方法目前被设备厂家及各科研院所广泛采用，包括使用激光照射喷嘴输送的粉末流，激光与输送粉末同时工作的激光工程化净成型，该方法目前在国内使用比较多；2)激光选区熔化技术；3)采用电子束熔化预先铺展好的金属粉末的电子束熔化技术，此方法与第1类原理相似，只是采用热源不同。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技术采用合金粉体材料为原料，利用金属经聚焦后之能量激光将原料熔融后进行3D打印迭层。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，目前仍无法大量普及应用且不适合高熔点的非金属材料使用。所以，目前非金属材料的3D打印方式一般是使用SLA(全称Service-LevelAgreement)立体光固化技术来满足目前工业的需求，此工艺需要经过成型、脱脂、烧结等制程。而且使用浆料状态故其产品的烧结收缩率偏大，热变形也大。CN106270510A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，其主要黏结剂是聚甲醛(POM)，除了高达8～12wt％含量的黏结剂，同时需经过特殊的脱脂制程才能完成产品，且其破碎后粉体形状不规则不利于前其铺粉动作。CN109026916A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不规则状，主要存在以下缺点：颗粒成不规则状，故流动性不好，粘结剂的添加量过多(高达8～12wt％)。使用激光束来熔融粘结剂并与下层结为一体时，因粉体状或颗粒状喂料的形态不规则，因此无法进行有效的均匀涂布，易造成产品表面厚度不均及堆积密度过低，烧结收缩变异大；同时因粘结剂过多需要特殊的脱脂工艺及设备支持。现有的技术中，利用高功率的激光设备来作为3D打印技术制造金属零部件的方法，因为高达2000W～10000W功率其设备费用昂贵、操作安全性、设备维修费用高及金属原粉单价昂贵，故其推广力度受限。因此，提供一种PM(粉末冶金)超细微粉的高密度、高机械性能的烧结特性及价格低廉的粉体很有必要。故本专利技术整合目前DMLS、FDM及传统粉末冶金烧结优点的新制程，取用DMLS的高解析功能与快速打印及FDM型的高分子加黏结剂模式的优点，还有传统粉末冶金烧结的产品的高均质性，而形成一种新的工艺组合。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种3D打印用团状粉料及其制备方法和打印方法，制得的3D打印用团状粉料，固含量高，烧结密度高，粒径小，打印快速、价格低廉、安全性高，可广泛应用于3D打印。本专利技术的目的之一在于提供一种3D打印用团状粉料，为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种3D打印用团状粉料，所述3D打印用团状粉料为团状颗粒，按重量百分比计，所述团状颗粒包含以下组分：粉体90～98％粘结剂2～10％；其中，所述粉体的粒径分布D90为0.3～35μm；所述团状颗粒的粒径分布D90为50～200μm。本专利技术提供的3D打印用团状粉料中粉料随着固含量的提升及使用更小粒径的粉体有利于促进产品烧结密度提升机械性能；粘结剂的用量比注塑成形(MIM)用的喂料含量低少，故不需要作特殊脱脂制程，制得的3D打印用团状粉料，经烧结后密度可达90％以上，密度高(相对密度可达97％以上)，其中团状团状粉体的粒径D90为50～200μm，团状颗粒的粒径分布D90为50～200μm，可以增加粉团在工作台上铺粉的流动性及稳定性，使用原料价格低廉，可广泛应用于3D打印。本专利技术中，按重量百分比计，所述团状颗粒包含以下组分：粉体90～98％，例如粉体的重量百分比为90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％或98％等。粘结剂2～10％，例如粘结剂的重量百分比为2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等。其中，所述粉体的D90为0.3～35μm，例如粉体的D90为0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm、29μm、30μm、31μm、32μm、33μm、34μm或35μm等。如果粉体的粒径太大，D90大于35μm，烧结时需要的温度较高，才能烧结致密，故所需能耗大，粉体粒径小有利烧结致密、降低烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印用团状粉料，其特征在于，所述3D打印用团状粉料为团状颗粒，按重量百分比计，所述团状颗粒包含以下组分：粉体          90～98％粘结剂        2～10％；其中，所述粉体的粒径分布D90为0.3～35μm；所述团状颗粒的粒径分布D90为50～200μm。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印用团状粉料，其特征在于，所述3D打印用团状粉料为团状颗粒，按重量百分比计，所述团状颗粒包含以下组分：粉体90～98％粘结剂2～10％；其中，所述粉体的粒径分布D90为0.3～35μm；所述团状颗粒的粒径分布D90为50～200μm。2.根据权利要求1所述的3D打印用团状粉料，其特征在于，按重量百分比计，所述3D打印用团状粉料由以下组分制备而成：3.根据权利要求1或2所述的3D打印用团状粉料，其特征在于，所述粉体为金属粉体或陶瓷粉体；优选地，所述金属粉体的D90为1～35μm；优选地，所述陶瓷粉体的D90为0.3～2μm。4.根据权利要求3所述的3D打印用团状粉料，其特征在于，所述金属粉体为不锈钢材料、铁基材料、磁性材料、有色金属材料、高比重金属材料中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，所述有色金属材料为铜合金、铝合金和钛合金中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，所述高比重金属材料为钨合金。5.根据权利要求3或4所述的3D打印用团状粉料，其特征在于，所述陶瓷粉体为氧化物陶瓷材料、碳化物陶瓷材料、氮化物陶瓷材料和石墨材料中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，所述氧化物陶瓷材料为氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷和压电陶瓷中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，所述压电陶瓷为钛锆酸铅陶瓷系列和/或钛酸锶铋陶瓷系列；优选地，所述碳化物陶瓷材料为碳化硅陶瓷、碳化钨陶瓷、碳化钒陶瓷、碳化钛陶瓷、碳化钽陶瓷和碳化硼陶瓷中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，所述氮化物陶瓷材料为氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氮化钛陶瓷和氮化铬陶瓷中的任意一种或至少两种的混合物。6.根据权利要求1-5之一所述的3D打印用团状粉料，其特征在于，所述粘结剂为石蜡系粘结剂和/或热固塑系粘结剂；优选地，所述石蜡系粘结剂为低温石蜡系粘结剂和/或高温石蜡系粘结剂；优选地，所述高温石蜡系粘结剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡和醋酸乙烯与乙烯共聚蜡中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，所述热固塑系粘结剂为酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂和聚氨酯中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，所述溶剂为水性溶剂或有机溶剂。7.一种如权利要求1-6之一所述的3D打印用团状粉料的制备方法，其特征在于，所述制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯春树，
申请(专利权)人：中圣德投资深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44