一种用于3D打印的混合粉体及3D打印方法技术

本发明专利技术公开了一种用于3D打印的混合粉体及3D打印方法，所述用于3D打印的混合粉体包括粗粉体和细粉体，所述粗粉体的粒径为15μm～43μm，所述细粉体的粒径为5μm～7μm，所述粗粉体与所述细粉体的体积比为8∶1～11∶1，所述所述粗粉体选自金属粉体中至少一种，所述粗粉体为球形粉体。本发明专利技术利用细粉体对粗粉体颗粒之间的孔隙部分进行填充，减少粉末层表面的粗糙度，有效提高了3D打印粉体的铺粉质量，因此具有更好的粉体稳定性；所述混合粉体在粉末床上具有很高的堆积密度，从而获取更高的打印生坯密度，显著提升打印件的最终烧结致密度和力学性能。学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印的混合粉体及3D打印方法


[0001]本专利技术涉及金属3D打印
，尤其涉及一种用于3D打印的混合粉体及3D打印方法。

技术介绍

[0002]粘结剂喷射打印技术，又称为3DP技术(Three dimensional printing)，是在20世纪90年代早期由麻省理工学院开发的一种增材制造技术。3DP技术是在粉床上根据三维模型的切片轮廓选择性喷射粘结剂，使粘结剂逐层渗入粉体中形成生坯零件，再经固化、除粉、脱脂、烧结后制备最终目标零件。3D打印机配套的模型处理软件将给定的三维模型文件切片为根据设定层厚值而对应的二维轮廓文件，用作打印机的指令输入。3D打印过程中铺粉料斗在粉床上铺一层薄薄的粉末，粘结剂喷头根据二维轮廓文件指令信息在粉床对应的位置进行粘结剂喷射，之后再通过干燥灯实现该区域的粘结剂预固化，从而构建第一层的打印实体。当第一层打印工作完成后，打印机系统根据层厚设定值控制粉床底板下降，铺粉料斗在粉末床上铺上一层新的粉末，重复先前相同的粘结剂喷射以及预固化工作，直到生坯零件打印工作完成为止。
[0003]在3DP铺粉过程中，粉体形状和粒径是铺粉质量主要的影响因素。目前粗粒径(大于10μm)的球形粉体为理想的3DP铺粉原材料。当使用粗粒径(大于10μm)的球形粉体铺粉时，由于粉末流动性好，铺粉效果较好，但粗颗粒之间也容易形成较大的孔隙空间，影响烧结性能，导致最终烧结件密度显著降低。采用较细粒径的球形粉体(小于10μm)，有利于提高粉末的烧结性能和最终致密度，但细粒粉体的流动性较差，铺粉效果较差；同时细粉体在室温环境下容易出现团聚现象，细粉体颗粒堆积而形成较大的不规则形貌颗粒，容易在铺粉过程中形成较大的孔隙，从而影响粉床中的粉体松装密度，进而影响烧结件致密度和力学性能。同时，在3D打印进行时，粉末床上的粉体与粘结剂有一个相互接触的的过程，如果粉末床铺粉质量低，粉末层表面孔隙较多，容易出现粉体颗粒重排现象，从而使得粉体颗粒之间产生更多无序且不规则分布的孔隙空间，导致产生严重的打印缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种用于3D打印的混合粉体，既能保证粉末的流动性，又可以提高粉体的松装密度，减少粉体层表面的孔隙和粗糙度，从而有效提高3D打印粉体的铺粉质量。
[0005]具体采用的技术方案如下：
[0006]一种用于3D打印的混合粉体，包括粗粉体和细粉体，所述粗粉体的粒径为15μm～43μm，所述细粉体的粒径为5μm～7μm，所述粗粉体与所述细粉体的体积比为8∶1～11∶1，所述粗粉体选自金属粉体中至少一种，所述粗粉体为球形粉体，所述细粉体选自金属或陶瓷粉体中至少一种。
[0007]粗粉体(粒径为15μm～43μm)和细粉体(粒径为5μm～7μm)按一定体积比混合，形成混合粉体，细粉体颗粒可以对粗粉体颗粒之间的孔隙部分进行填充，提供松装密度；同时细
粉体颗粒容易附着在粗粉体表面，利用粗粉体较好的流动性间接带动细粉体的流动，在粉末床上得到很好的流动扩散，从而改善细粉体的铺粉效果减少粉末层表面的孔隙和粗糙度，以提高3D打印粉体的铺粉质量，进而进一步提高粉体的堆积密度，获取更高的打印生坯密度。
[0008]优选的，所述粗粉体与所述细粉体的体积比为9∶1～10∶1；进一步优选的，所述粗粉体与所述细粉体的体积比为9∶1。
[0009]所述粗粉体的粒径、所述细粉体的粒径，以及所述粗粉体与所述细粉体的体积比，是影响铺粉质量和粉体堆积密度的重要因素。
[0010]在本专利技术所述的粗粉体和细粉体的条件下，所述粗粉体与所述细粉体的体积比超过11，粉末表层的粗糙度以及粉末层表面的孔隙增大，铺粉质量降低，同时粉体的堆积密度降低，导致最终烧结致密度明显降低；所述粗粉体与所述细粉体的体积比低于8，导致细粉体不能有效附着在粗粉体表面，细粉体的流动性差并且容易出现团聚，严重影响铺粉质量，不能起到对粗粉体颗粒之间间隙填充的作用。
[0011]所述细粉体为球形或类球形粉体，也可以是非球形粉体，优选的，所述细粉体为球形或类球形粉体。
[0012]优选的，所述金属粉体包括Fe基、Al基、Mg基、Cu基、Ti基、Ni基粉体，所述陶瓷粉体包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷粉体。
[0013]更优选的，所述Fe基粉体包括但不限于022Cr17Ni12Mo2、06Cr19Ni10等不锈钢粉体；所述氧化物陶瓷为氧化铝或氧化锆陶瓷。
[0014]本专利技术还提供了一种3D打印方法，包括以下步骤：
[0015]S1、根据权利要求1～4任一项所述的用于3D打印的混合粉体提供原料，混合均匀，得到预混料；
[0016]S2、将步骤S1所述预混料进行铺粉、粘结剂喷射打印、热固化、脱脂、烧结，得到3D打印
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烧结件。
[0017]优选的，所述铺粉工艺为：落料强度60％～80％，刮刀速度60mm/min～80mm/min；所述打印工艺为：铺粉层厚20μm～200μm，粘结剂饱和度50％～90％，粉末床温度为室温～180℃。
[0018]具体地，所述落料强度可为60％、70％、80％；所述刮刀速度可为60mm/min、70mm/min、80mm/min；具体地，所述铺粉层厚可为20μm～70μm，70μm～120μm，120μm～200μm；具体地，所述粘结剂饱和度可为50％、60％、70％、80％、90％；具体地，粉末床温度可为室温、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃。
[0019]优选的，所述固化工艺为：固化温度为150℃～200℃，固化时间为1h～48h。具体地，所述固化温度可为150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃；所述固化时间进一步优选为3h～36h，所述固化时间更进一步优选为8h～10h。
[0020]优选的，所述脱脂工艺为：升温速率为2℃/min～5℃/min，脱脂温度为300～600℃，保温时间为10min～120min，脱脂过程中注入保护气体。更进一步优选的，所述脱脂温度为400～600℃，保温时间为60min～120min。
[0021]优选的，所述烧结工艺为：升温速率为2℃/min～8℃/min，烧结温度为所使用粗粉
体材料熔点以下50℃～250℃，保温时间为10min～180min，烧结过程在保护性气体或者真空中进行；所述金属熔点包括金属合金熔点。
[0022]所述保护气体为氩气、氢气或者氮气，压强为0.1MPa～40.2MPa，流量为0.5L/min～1L/min。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]粗粉体和细粉体按一定比例混合，形成混合粉体，利用细粉体对粗粉体颗粒之间的孔隙部分进行填充，减少粉末层表面的孔隙和粗糙度，有效提高了3D打印粉体的铺粉质量，进而提高粉体的堆积密度，获取更高的打印生坯密度；同时，由于细粉体颗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的混合粉体，其特征在于：包括粗粉体和细粉体，所述粗粉体的粒径为15μm～43μm，所述细粉体的粒径为5μm～7μm，所述粗粉体与所述细粉体的体积比为8∶1～11∶1，所述粗粉体选自金属粉体中至少一种，所述粗粉体为球形粉体，所述细粉体选自金属或陶瓷粉体中至少一种。2.根据权利要求1所述的用于3D打印的混合粉体，其特征在于：所述粗粉体与所述细粉体的体积比为9∶1～10∶1。3.根据权利要求2所述的用于3D打印的混合粉体，其特征在于：所述金属粉体包括Fe基、Al基、Mg基、Cu基、Ti基、Ni基粉体，所述陶瓷粉体包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷粉体。4.根据权利要求3所述的用于3D打印的混合粉体，其特征在于：所述Fe基粉体包括但不限于022Cr17Ni12Mo2、06Cr19Ni10等不锈钢粉体；所述氧化物陶瓷为氧化铝或氧化锆陶瓷。5.一种3D打印方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、按照权利要求1～4任一项所述的用于3D打印的混合粉体提供原料，混合均匀，得到预混料；S2、将步骤S1所述预混料进行铺粉、粘结剂喷射打印、热固化、脱脂、烧结，得到3D打印
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烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁旭浩，孟晓燕，邓欣，刘金洋，屈志，金枫，闫国栋，
申请(专利权)人：四川卓华增材制造有限责任公司广东峰华卓立科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：