一种基于3D打印的多区域复合材料粉末成型工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种基于3D打印的多区域复合材料粉末成型工艺，S1、喂料制备：将多种原料粉末分别与粘结剂混合制成多种喂料；S2、生胚打印：根据3D打印模型中材料的分布分成多个打印区域，每个打印区域采用一种喂料进行打印；相邻打印区域通过过度区域连接成一体；上一个打印区域至下一个打印区域采用连续打印，从而获得生胚；其中打印过渡区时进入3D打印头的喂料为相邻两个打印区域分别对应的喂料混合物；S3、脱脂：将生胚进行脱脂，获得脱脂件；S4、烧结：将脱脂件进行烧结形成最终产品；本发明专利技术通过3D打印将多种材料结合在一起，避免了因装配带来的尺寸问题；同时通过对过渡区的打印设计使得结合强度更好。

A 3D printing based multi region composite powder forming process

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印的多区域复合材料粉末成型工艺
本专利技术涉及一种粉末注射成型领域，特别涉及一种基于3D打印的多区域复合材料粉末成型工艺。
技术介绍
截至目前，已经根据3D打印制造方法原理产生了许多种制造技术，并且根据实际还分出了很多材料。3D打印常用材料有环保材料(PLA)、不锈钢、钛合金、铝材料、石膏材料、橡胶材料、耐用尼龙材料等。实现3D打印的主要技术类型有光聚合成型技术、粒状材料成型技术、挤出成型技术、线材成型技术、层压成型技术和粉末层喷嘴技术3D打印成型等技术。近期，Stratasys推出了一款彩色多材料3D打印机Objet500Connex3，采用三种基础材料，将彩色打印和多材料打印相结合，这三种基础材料的结合让打印多维度成为可能。迈出了了塑料3D混合打印的第一步，突破了塑料3D打印材料的限制，掀起了一股多元打印潮流。传统行业的多元材料零部件多采用单独加工，后期装配的方式，存在尺寸误差大，界面磨损及应用过程容易脱落等问题。开发一种类似塑料彩色打印的方式打印金属陶瓷类多元材料，必能带来性能上突破和应用领域的拓宽。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于3D打印的多区域复合材料粉末成型工艺，该工艺通过多元材料打印和间接打印相结合可实现多材料组合一体性更好的产品，从而避免因分开制造而导致装配精度的问题；同时该工艺能够获得让不同材料间的结合强度更高。实现本专利技术目的的技术方案是：本专利技术包括以下步骤：S1、喂料制备：将多种原料粉末分别与粘结剂混合密炼，并制备形成多种相应的喂料；S2、生胚打印：根据3D打印模型中材料的分布分成多个打印区域，每个打印区域采用一种喂料进行打印；相邻打印区域通过过度区域连接成一体；上一个打印区域至下一个打印区域采用连续打印，从而获得生胚；在连续打印中，3D打印头进行上一打印区域打印时，进入3D打印头的喂料为上一打印区域对应的喂料；3D打印头进行过渡区打印时，进入3D打印头的喂料为上一打印区域对应的喂料与下一打印区域对应的喂料的混合喂料；3D打印头进行下一打印区域打印时，进入3D打印头的喂料为下一打印区域对应的喂料；S3、脱脂：将生胚进行脱脂，获得脱脂件；S4、烧结：将脱脂件进行烧结形成最终产品；所述原料粉末为金属粉或陶瓷粉中的一种或两种的组合；所述粘结剂为聚乙烯、石蜡、聚丙烯、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚甲醛中的一种或两种以上的组合。作为优化设计，步骤S2中过渡区打印为3D打印头从过渡区临近上一打印区域的一端打印到过渡区临近下一打印区域的一端，且进入3D打印头的喂料为上一打印区域对应的喂料和下一打印区域对应的喂料的混合喂料；随着过渡区的打印，混合喂料中上一打印区域对应的喂料按质量百分比从100％递减到0％，下一打印区域对应的喂料按质量百分比从0％递增到100％。相当于随着打印，上一打印区域对应的喂料逐量减少，而下一打印区域对应的喂料逐量增加。作为变形优化设计，步骤S2中过渡区打印时，进入3D打印头的喂料为上一打印区域对应的喂料和下一打印区域对应的喂料的混合喂料，混合喂料中上一打印区域对应的喂料按质量百分比占50％，下一打印区域对应的喂料按质量百分比占50％。进一步，根据3D打印模型中材料的分布分成两个打印区域，两个打印区域通过打印过度区域连接成一体；上一个打印区域对应的喂料的原料粉末为316L粉末；下一个打印区域对应的喂料的原料粉末为Al2O3粉末。上述脱脂包括酸催化脱脂、热脱脂和溶剂脱脂中的一种或二种以上的组合。上述烧结包括真空烧结、氩气烧结及氢气烧结中的一种或二种以上的组合本专利技术具有积极的效果：(1)本专利技术通过多元材料打印和间接打印相结合可实现多材料组合一体性更好的产品，从而避免因分开制造而导致装配精度的问题(2)本专利技术通过间接打印和共烧结方式使得不再局限与某种材料，使得材料选择更加多样化，材料库更加充足。(3)本专利技术中过渡区的打印方式能够有效增加不同材料界面过度层的平稳过度，较大程度上提高界面强度，有效防止产品脱落等异常发生。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中图1为不采用过渡区打印的对比例的结构示意图；图2为利用本专利技术实施例1打印出的产品的结构示意图；图3为利用本专利技术实施例2打印出的产品的结构示意图。具体实施方式为了体现本专利技术中过渡区打印方式的优势，在此先制造如图1所示的对比例。对比例具有两个打印区域，该两个打印区域之间没有过渡区。其制备过程如下：S1、喂料制备：将316L粉末和氧化铝陶瓷粉末分别与粘结剂POM/PP在混炼机中混炼3h，通过造粒机造粒支撑316L喂料和氧化铝陶瓷喂料；S2、生胚打印：根据3D打印模型中材料的分布分成两个打印区域，上一打印区域1对应316L喂料，下一打印区2对应氧化铝陶瓷喂料；上一个打印区1域至下一个打印区域2采用连续打印，从而获得生胚；在连续打印中，3D打印头进行上一打印区域1打印时，进入3D打印头的喂料为316L喂料；3D打印头进行下一打印区域2打印时，切断316L喂料进入3D打印头，并且转换成氧化铝陶瓷喂料进入3D打印头，并进行下一打印区域2的打印；S3、脱脂：将生胚进行通过硝酸脱脂去除粘结剂，获得脱脂件；S4、烧结：将脱脂件在石墨烧结炉中，氩气氛下，以1390℃的高温烧结3h，最终获得如图1所述的对比例。其中，脱脂和烧结均为粉末成型工艺中的常用手段(可参考MIM工艺中的脱脂和烧结)，在此并没有因为生胚成型方式的不同而不同。因为生胚成型方式只是替代了粉末注射成型工艺中的注射坯的成型方式而已。(实施例1)本专利技术制造如图2所示的产品，其工艺步骤如下：S1、喂料制备：将316L粉末和氧化铝陶瓷粉末分别与粘结剂POM/PP在混炼机中混炼3h，通过造粒机造粒支撑316L喂料和氧化铝陶瓷喂料；S2、生胚打印：根据3D打印模型中材料的分布分成两个打印区域，上一打印区域1对应316L喂料，下一打印区2对应氧化铝陶瓷喂料；相邻打印区域通过过度区3域连接成一体；上一个打印区1域至下一个打印区域2采用连续打印，从而获得生胚；在连续打印中，3D打印头进行上一打印区域1打印时，进入3D打印头的喂料为316L喂料；3D打印头进行过渡区3打印时，从过渡区3临近上一打印区域1的一端至过渡区3临近下一打印区域2的一端，进入3D打印头的喂料从单一的316L喂料逐量增加氧化铝陶瓷喂料，直至当3D打印头到下一打印区域2时，进入3D打印头的喂料为单一的氧化铝陶瓷喂料；S3、脱脂：将生胚进行通过硝酸脱脂去除粘结剂，获得脱脂件；S4、烧结：将脱脂件在石墨烧结炉中，氩气氛下，以1390℃的高温烧结3h，最终获得如图2所述的实施例1产品。(实施例2)本专利技术制造如图3所示的产品，其工艺步骤如下：S1、喂料制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D打印的多区域复合材料粉末成型工艺；其特征在于包括以下步骤：/nS1、喂料制备：将多种原料粉末分别与粘结剂混合密炼，并制备形成多种相应的喂料；/nS2、生胚打印：根据3D打印模型中材料的分布分成多个打印区域，每个打印区域采用一种喂料进行打印；相邻打印区域通过过度区域连接成一体；上一个打印区域至下一个打印区域采用连续打印，从而获得生胚；/n在连续打印中，3D打印头进行上一打印区域打印时，进入3D打印头的喂料为上一打印区域对应的喂料；3D打印头进行过渡区打印时，进入3D打印头的喂料为上一打印区域对应的喂料与下一打印区域对应的喂料的混合喂料；3D打印头进行下一打印区域打印时，进入3D打印头的喂料为下一打印区域对应的喂料；/nS3、脱脂：将生胚进行脱脂，获得脱脂件；/nS4、烧结：将脱脂件进行烧结形成最终产品；/n所述原料粉末为金属粉或陶瓷粉中的一种或两种的组合；/n所述粘结剂为聚乙烯、石蜡、聚丙烯、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚甲醛中的一种或两种以上的组合。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印的多区域复合材料粉末成型工艺；其特征在于包括以下步骤：
S1、喂料制备：将多种原料粉末分别与粘结剂混合密炼，并制备形成多种相应的喂料；
S2、生胚打印：根据3D打印模型中材料的分布分成多个打印区域，每个打印区域采用一种喂料进行打印；相邻打印区域通过过度区域连接成一体；上一个打印区域至下一个打印区域采用连续打印，从而获得生胚；
在连续打印中，3D打印头进行上一打印区域打印时，进入3D打印头的喂料为上一打印区域对应的喂料；3D打印头进行过渡区打印时，进入3D打印头的喂料为上一打印区域对应的喂料与下一打印区域对应的喂料的混合喂料；3D打印头进行下一打印区域打印时，进入3D打印头的喂料为下一打印区域对应的喂料；
S3、脱脂：将生胚进行脱脂，获得脱脂件；
S4、烧结：将脱脂件进行烧结形成最终产品；
所述原料粉末为金属粉或陶瓷粉中的一种或两种的组合；
所述粘结剂为聚乙烯、石蜡、聚丙烯、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚甲醛中的一种或两种以上的组合。


2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的多区域复合材料粉末成型工艺，其特征在于：步骤S2中过渡区打印为3D打印头从过渡区临近上一打印区域的一端打印到过渡区临近下一打印区域的一端，且进入3D打印头的喂料为上一打印区...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏绍华，朱明露，邬均文，王明喜，
申请(专利权)人：江苏精研科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32