通过打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法技术

本发明专利技术公开一种通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，在3D打印所需的金属原材料表面均匀涂覆一层二次相粒子形成元素，将涂覆完成的金属原料通过3D打印机打印出产品；通过在3D打印原料表面涂覆稀土氧化物作为掺杂元素来提升3D打印金属产品的性能，二次相粒子形成元素在金属基体中以固溶和第二相等形式存在，从而通过固溶强化和第二相强化对基体起到性能提升作用，当原料表面涂覆一层稀土氧化物后，在后续打印原料熔化过程中，稀土氧化物会进入熔池，随原料一起凝固，提高加工产品的力学性能，解决现有3D打印产品力学性能不足，难以保证产品强度、硬度和韧性要求的问题。求的问题。

【技术实现步骤摘要】
通过打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法


[0001]本专利技术属于3D打印
，涉及一种通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法。

技术介绍

[0002]3D打印属于增材制造领域，是一项涉及材料、制造、控制以及信息技术等多学科的新兴技术，其过程是首先获得零件的三维CAD模型，对模型进行分层切片处理，然后规划打印轨迹，进行逐点逐层堆积成形，最终打印成所需零件。相比于常规的平面打印，3D打印可以提供三维立体模型；相比于普通的加工工艺，3D打印的精度和自动化程度更高。正是基于上述优势，让3D打印技术在短时间内快速的推广使用。经过几十年的发展，3D打印技术已经衍生出包括FDM、SLM等在内的20多种工艺，而这些工艺都是基于增材制造原理，不同的是材料、热源等。其中的材料比较常用的有光敏树脂材料、高分子粉末材料以及石蜡粉末材料、覆膜砂粉材料、金属粉末材料，以及熔丝线材、木塑复合材料等。其中用金属材料进行打印的产品需求越来越大应用也越来越多但这其中有许多问题都需要去解决。
[0003]现有的3D打印技术基本是通过材料或者其表面熔化后按照一定的形状和过程再凝结而形成的。而且没有经过形变加工和热处理过程，因此密度低，强度不足，是影响3D打印技术发展的核心与关键问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，解决现有3D打印产品力学性能不足，难以保证产品强度、硬度和韧性要求的问题。
[0005]为解决上述性能问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]通过打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，在3D打印所需的金属原材料表面均匀涂覆一层二次相粒子形成元素，将涂覆完成的金属原料装进打印机打印出产品。
[0007]进一步，所述二次相粒子形成元素为稀土氧化物
、
TiC或ZrC。
[0008]进一步，所述稀土氧化物为La2O
3、
Y
203
或CeO2。
[0009]进一步，所述金属原材料为金属材料及其合金材料。
[0010]进一步，涂覆的稀土氧化物颗粒均匀，且其粒径≤200nm。
[0011]进一步，涂覆的稀土氧化物质量百分比不大于金属原材料质量的1％。
[0012]进一步，所述金属原材料为丝材或者粉末。
[0013]进一步，涂覆方位为喷淋、浸附、喷涂、溅射或者表面微弧氧化。
[0014]进一步，3D打印方法为激光加工、电子束加工或堆焊方式。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016]本专利技术借助金属材料强韧化手段，结合3D打印的技术和工艺特点，从3D打印材料
的晶粒细化维度出发，提高材料的强韧性，在其原料粉或者原料丝上涂覆一层细晶剂，诸如小粒径的稀土氧化物，使之随着传统3D打印丝材和粉末在3D打印熔化过程添加于熔池中，并随着熔池的固化添加于3D打印材料中，起到细化基体金属材料晶粒的目的。
[0017]通过在3D打印原料表面涂覆一层二次相粒子形成元素作为掺杂元素来提升3D打印金属产品的性能，宏观材料的强度与基体材料强度和晶粒细化强度具有紧密关系，晶粒细化强度与形变加工与加工程度具有显著关联。适量二次相粒子形成元素的添加对于金属性能的提升有很大帮助，一层二次相粒子形成元素在金属基体中以固溶和第二相等形式存在，从而通过固溶强化和第二相强化对基体起到性能提升作用，在后续打印原料熔化过程中，二次相粒子形成元素会进入熔池，随原料一起凝固，对基体起到强化作用。
[0018]提高加工产品的力学性能，解决现有3D打印产品力学性能不足，难以保证产品强度、硬度和韧性要求的问题。和传统的3D打印相比，该方法能从原料角度解决产品性能不足的问题，同时还为3D打印技术提供了新的发展思路。
具体实施方式
[0019]以下结合实施例对本专利技术的具体内容做进一步详细解释说明。
[0020]实施例1
[0021]将3D打印原料钼合金熔丝线材表层涂覆0.5％的La2O3，具体步骤如下：
[0022]步骤1，制图
[0023]通过CAD制图软件获得零件的三维CAD模型，并对模型进行分层切片处理。
[0024]步骤2，规划打印轨迹
[0025]然后规划打印轨迹，进行逐点逐层堆积成形，最终打印成所需零件。
[0026]步骤3，原料涂覆La2O3[0027]将3D打印所需的金属原材料表面均匀涂覆或者均匀喷淋—干燥形成一层0.5％的La2O3。
[0028]步骤4，装料并打印
[0029]将涂覆完成的金属原料装进打印机，并开始打印。
[0030]实施例1打印的产品经测试强度和韧性与实施例1采用未涂覆La2O3的钼合金熔丝线材打印相同产品，进行相同测试，实施例1打印的产品强度和韧性分别为1637.08MPa、3.75％，未涂覆La2O3的钼合金熔丝线材打印相同产品打印的产品强度和韧性分别为1405.56MPa、2.49％。
[0031]可以看出涂覆0.5％的La2O3的钼合金熔丝线材打印的产品强度和韧性分别增加了231.52MPa、1.26％。
[0032]实施例2
[0033]将3D打印原料钼合金熔丝线材表层涂覆0.1％的ZrC，具体步骤如下：
[0034]步骤1，制图
[0035]通过CAD制图软件获得零件的三维CAD模型，并对模型进行分层切片处理。
[0036]步骤2，规划打印轨迹
[0037]然后规划打印轨迹，进行逐点逐层堆积成形，最终打印成所需零件。
[0038]步骤3，原料涂覆ZrC
[0039]将3D打印所需的金属原材料表面均匀涂覆或者均匀喷淋—干燥形成一层0.1％的ZrC。
[0040]步骤4，装料并打印
[0041]将涂覆完成的金属原料装进打印机，并开始打印。
[0042]实施例2打印的产品经测试强度和韧性与实施例2采用未涂覆ZrC的钼合金熔丝线材打印相同产品，进行相同测试，实施例2打印的产品强度和韧性分别为1515.23MPa、3.26％，未涂覆ZrC的钼合金熔丝线材打印相同产品打印的产品强度和韧性分别为1405.56MPa、2.49％。
[0043]可以看出涂覆0.1％的ZrC的钼合金熔丝线材打印的产品强度和韧性分别增加了109.67MPa、0.77％。
[0044]实施例3
[0045]将3D打印原料钼合金粉表层涂覆0.5％的TiC，具体步骤如下：
[0046]步骤1，制图
[0047]通过CAD制图软件获得零件的三维CAD模型，并对模型进行分层切片处理。
[0048]步骤2，规划打印轨迹
[0049]然后规划打印轨迹，进行逐点逐层堆积成形，最终打印成所需零件。
[0050]步骤3，原料涂覆TiC
[0051]将3D打印所需的金属原材料表面均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.通过打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，其特征在于：在3D打印所需的金属原材料表面均匀涂覆一层二次相粒子形成元素，将涂覆完成的金属原料装进打印机打印出产品。2.如权利要求1所述的通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，其特征在于：所述二次相粒子形成元素为稀土氧化物
、
TiC或ZrC。3.如权利要求2所述的通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，其特征在于：所述稀土氧化物为La2O
3、
Y
203
或CeO2。4.如权利要求2所述的通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，其特征在于：所述金属原材料为金属及合金材料，金属为铝、镁、钛、钼、钨或钽。5.如权利要求2所述的通过3D打印原材料表面涂层强化3D打...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙院军，孙博宇，李金阳，孙军，丁向东，曾毅，宋坤朋，柏小丹，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：