一种聚合物复合不锈钢3D打印材料、制备方法及零件制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚合物复合不锈钢3D打印材料、制备方法及零件制备方法。所述3D打印材料是将高分子聚合物与不锈钢粉末的混合物挤压成型的丝材，所述零件制备方法是将所述3D打印材料在热挤出机的喷嘴中加热融化，喷嘴沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结，从而获得零件坯体，然后通过脱脂、和烧结的后处理过程，去除零件中的高分子聚合物，保留不锈钢材料。本发明专利技术用于熔融沉积成型，3D打印材料状态为丝状，制备过程简单安全，所成型零件性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物复合不锈钢3D打印材料、制备方法及零件制备方法
本专利技术属于金属零件3D打印
，具体涉及一种聚合物复合不锈钢3D打印材料、制备方法及零件制备方法。
技术介绍
3D打印利用离散-堆积原理，通过逐层叠加的方式来构造物体，与传统工艺相比，不受模具的限制，可以构造复杂的形状，并且节约开模周期和成本，是一种快速成型技术。3D打印技术起始于19世纪80年代中后期，开始以打印原型，模型为主，到了后期以开发模具为主；2010年以后，随着打印技术的不断发展，打印材料的不断更新，应用于生产目的的3D打印应用逐渐占据主要地位，尤其是金属3D打印，制造的零件性能优越，可以满足终端应用的需求，已在航空航天、汽车等领域应用。目前金属3D打印最常见的方式是粉末床熔融，这类工艺使用激光或电子束作为热源(SLM工艺使用激光，EBM工艺使用电子束)，逐点将粉末颗粒融化在一起，经散热凝固后与基体金属冶金焊合，然后逐层累计成型出三维实体。这种技术打印的零件与传统工艺加工的零件性能相当，但是打印设备昂贵，打印过程需要惰性气体的保护，对试验室环境要求高，并且原材料为金属粉末，粉末材料不仅对操作者的健康有害，而且达到一定的浓度后，在火源、静电还有摩擦碰撞下易发生燃烧而引起爆炸，存在安全隐患。熔融沉积成型(FDM)克服粉末床熔融技术的缺陷，设备成本低，以丝材供料，但是这种技术主要打印非金属热塑性材料，包括ABS、PC等，打印零件的性能主要取决于所采用的材料。
技术实现思路
针对上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种聚合物复合不锈钢3D打印材料、制备方法及零件制备方法，用于熔融沉积成型(FDM)，所述3D打印材料状态为丝状，制备过程简单安全，所成型零件性能优异。本专利技术的技术方案如下：聚合物复合不锈钢3D打印材料的制备方法，所述制备方法具体如下：S1：将不锈钢粉末与聚合物粘结剂按体积比1.5:1至1.8:1加热混合并冷却至室温,得到聚合物复合不锈钢混合物；优选地，所述不锈钢粉末由以下组分按质量百分比混合制成：Cr：15.5％-17.5％、Ni：4％-6％、Cu：3％-5％、Nb：0.15％-0.45％、Si：0.5％-0.7％、Fe：70.35％-76.85％；所述聚合物粘结剂由以下组分按质量百分比混合制成：聚甲醛：32％-38％、低密度聚乙烯5％-8％、硬脂酸2％-3％、聚乙二醇13％-18％、石蜡33％-48％；优选地，所述不锈钢粉末中位粒径为8μm，松装密度为40％-50％，振实密度为50％-80％，粉末颗粒形状为球形或近球形；S2：将聚合物复合不锈钢混合物挤压成型为直径为1.8mm-2.2mm的丝材。优选地，所述步骤S1中的加热温度控制在160℃-180℃，混合时间为120min-160min。优选地，所述步骤S2中，采用螺杆挤出机通过口模挤出丝材；挤丝过程中，螺杆机加料段温度为室温至50℃，压缩段温度为100℃-140℃，均化段温度为140℃-180℃，机头及口模段温度为160-200℃。聚合物复合不锈钢3D打印材料，所述材料为通过权利要求1-5中任意一项所述制备方法所制备的丝状材料。一种零件制备方法，所述制备方法具体如下：S1’：将权利要求6所述的丝状材料缠绕形成卷丝材；S2’：将卷丝材通过热挤出机的喷嘴加热熔化，按照目标打印零件截面的轮廓进行材料挤出、凝固，并与周围的材料凝结，在热床上逐层叠加获得目标零件的三维绿模；S3’：将三维绿模脱脂后，进行干燥，获得棕模；S4’：通过真空炉烧结棕模，去除棕模中的高分子聚合物，保留不锈钢材料，得到不锈钢目标打印零件。优选地，所述步骤S2’中，热挤出机喷嘴温度为210℃-240℃，热床温度为90℃-120℃，挤出材料的直径为0.050mm-0.125mm。优选地，所述步骤S3’中，三维绿模置于脱脂溶剂中脱脂；所述脱脂溶剂为反-1，2-二氯乙烯溶剂，浓度为90％-100％，脱脂温度为90℃-110℃，脱脂时间为24h-48h；所述步骤S3’中，干燥温度为40℃-60℃，干燥时间为4h-8h。优选地，所述步骤S4’中，通过真空炉烧结棕模的具体过程如下：首先以4℃/min-5℃/min的升温速率从室温升温至300℃-400℃，保温4h-6h，升温和保温期间，向炉内通入纯氩气，氩气的纯度为99.999％，氩气通入流量40L/min-60L/min；其次以2℃/min-3℃/min的升温速率升温至600℃-800℃，保温4h-6h；然后以3℃/min-5℃/min的升温速率升温至1180℃-1350℃，保温4h-6h，此阶段炉内充入氩气和氢气按体积百分比混合的混合气体，其中，氩气2.9％，氢气97.1％，混合公差不超过±10％，气体流量40L/min-60L/min；最后以1℃/min-2℃/min的降温速率降温至室温，并随炉冷却，降温阶段炉内始终充入纯氩气，氩气的纯度为99.999％，氩气通入流量30L/min-40L/min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术所述聚合物复合不锈钢3D打印材料为丝材，使用安全，对环境污染小。2、本专利技术所述聚合物复合不锈钢3D打印材料的制备方法所采用的设备运营维护成本低，操作简单。3、本专利技术所述零件成型方法所制备的零件与传统模具生产的零件性能相当，可以达到航空航天、汽车等领域某些终端产品的要求，替代某些铸、锻造零件直接应用，节省开模的周期和成本。具体实施方式为清楚、完整地描述本专利技术所述技术方案及其具体工作过程，本专利技术的具体实施方式如下：实施例一：本实施例一公开了一种基于熔融沉积成型(FDM)技术，采用聚合物复合不锈钢3D打印材料制备金属零件的方法，具体过程如下：A1：将不锈钢粉末与聚合物粘结剂按体积比1.5:1置于高速搅拌机中均匀混合，一边混合一边加热，加热温度为162℃-165℃，混合时间为160min，然后冷却到室温,得到聚合物复合不锈钢混合物；所述不锈钢粉由以下组分按质量百分比混合制成：Cr：17.2％、Ni：5.4％、Cu：3.3％、Nb：0.17％、Si：0.64％、Fe：73.29％；所述不锈钢粉末中位粒径为8μm，松装密度为40％，振实密度为55％，粉末颗粒为球形或近球形；所述聚合物粘结剂由以下组分按质量百分比混合制成：聚甲醛：33.2％、低密度聚乙烯5.6％、硬脂酸2.1％、聚乙二醇14.5％、石蜡44.6％；A2：将步骤A1中得到的聚合物复合不锈钢混合物加入到螺杆挤出机中，通过口模挤出丝材，挤丝过程中，螺杆机加料段温度为室温，压缩段温度为105℃，均化段温度为142℃，机头及口模段温度为166℃，出丝直径为1.8mm；A3：将步骤A2挤出的丝材通过圆盘装置绕丝收集成卷丝材；A4：将步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.聚合物复合不锈钢3D打印材料的制备方法，其特征在于：/n所述制备方法具体如下：/nS1：将不锈钢粉末与聚合物粘结剂按体积比1.5:1至1.8:1加热混合并冷却至室温,得到聚合物复合不锈钢混合物；/nS2：将聚合物复合不锈钢混合物挤压成型为直径为1.8mm-2.2mm的丝材。/n

【技术特征摘要】
1.聚合物复合不锈钢3D打印材料的制备方法，其特征在于：
所述制备方法具体如下：
S1：将不锈钢粉末与聚合物粘结剂按体积比1.5:1至1.8:1加热混合并冷却至室温,得到聚合物复合不锈钢混合物；
S2：将聚合物复合不锈钢混合物挤压成型为直径为1.8mm-2.2mm的丝材。


2.如权利要求1所述聚合物复合不锈钢3D打印材料的制备方法，其特征在于：
所述不锈钢粉末由以下组分按质量百分比混合制成：
Cr：15.5％-17.5％、Ni：4％-6％、Cu：3％-5％、Nb：0.15％-0.45％、Si：0.5％-0.7％、Fe：70.35％-76.85％；
所述聚合物粘结剂由以下组分按质量百分比混合制成：
聚甲醛：32％-38％、低密度聚乙烯5％-8％、硬脂酸2％-3％、聚乙二醇13％-18％、石蜡33％-48％。


3.如权利要求1所述聚合物复合不锈钢3D打印材料的制备方法，其特征在于：
所述不锈钢粉末中位粒径为8μm，松装密度为40％-50％，振实密度为50％-80％，粉末颗粒形状为球形或近球形。


4.如权利要求1所述聚合物复合不锈钢3D打印材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤S1中的加热温度控制在160℃-180℃，混合时间为120min-160min。


5.如权利要求1所述聚合物复合不锈钢3D打印材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤S2中，采用螺杆挤出机通过口模挤出丝材；
挤丝过程中，螺杆机加料段温度为室温至50℃，压缩段温度为100℃-140℃，均化段温度为140℃-180℃，机头及口模段温度为160-200℃。


6.聚合物复合不锈钢3D打印材料，其特征在于：
所述材料为通过权利要求1-5中任意一项所述制备方法所制备的丝状材料。


7.一种零件制备方法，其特征在于：
所述制备方法具体如下：
S1’：将权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张薇，宋庆军，井琦，于洪阳，李文平，邓飞，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22