一种基于3D打印的金属材料的制备方法技术

本申请公开了一种基于3D打印的金属材料的制备方法，包括以下步骤：S1、制备级配金属混合粉体；所述级配金属混合粉体包括粗粉体和细粉体；S2、将步骤S1所述级配金属混合粉体进行粘结剂喷射打印、经热固化、除去散粉后得到打印件；S3、将步骤S2中所述打印件进行脱脂、熔渗处理，得到金属材料打印

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印的金属材料的制备方法


[0001]本申请涉及金属3D打印
，尤其涉及一种基于3D打印的金属材料的制备方法。

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。与大多数增材制造原理类似，粘结剂喷射打印技术根据CAD三维模型情况并通过切片分层处理形成STL文件，打印设备通过落粉装置将金属或陶瓷粉末层铺展在金属打印平台上，然后打印喷头通过STL文件中三维模型每一层的切片轮廓将有机或无机粘结剂选择性地沉积在粉末层上以将粉末粘合在一起，随着打印过程的不断进行，打印的各层粉末被粘合在一起，生成具有所需几何结构的打印
‑
生坯件，然后对打印
‑
生坯件进行固化、脱脂、烧结处理，最终获得理想致密度和机械性能的成形件。
[0003]在3D打印工艺中，采用粗颗粒粉体打印时，打印生坯件存在大量孔隙，导致最终的烧结件收缩严重，致密性较差；采用细颗粒粉体打印时，细粉之间产生的团聚容易出现粉体偏析，打印生坯件的孔隙分布不均匀，且打印铺粉质量变差，导致最终烧结件容易出现收缩各向异性，同时增加烧结件的表面粗糙度。目前，采用粗细粒径的球形粉体材料并通过不同的比例搭配所形成的金属混合粉体在3D打印工艺中的运用可以进一步使最终成形件具备更高的致密度以及更好的机械性能，如申请号为CN202210234952.4的专利申请技术，公开了“一种用于3D打印的混合粉体及3D打印方法”，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，但是在烧结过程中打印件仍会发生明显尺寸收缩，容易引起成形件明显的结构变形，使得打印件的最终尺寸控制精度较差。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本申请提供了一种基于3D打印的金属材料的制备方法，通过级配金属混合粉体控制打印
‑
脱脂件的孔隙率，以满足熔渗对孔隙率的要求，将级配金属混合粉体与熔渗工艺相结合，可保证打印件最终尺寸精度；进一步地，根据孔隙率计算熔渗材料的使用量，通过控制熔渗材料的使用量，在保证打印件最终尺寸精度的同时，还可保持良好的光洁度；具体采用的技术方案如下：
[0005]一种基于3D打印的金属材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、制备级配金属混合粉体；所述级配金属混合粉体包括粗粉体和细粉体；所述粗粉体选自金属粉体中至少一种；所述细粉体选自金属粉体中至少一种；
[0007]S2、将步骤S1中所述级配金属混合粉体进行粘结剂喷射打印，经热固化、除去散粉后得到打印件；
[0008]S3、将步骤S2中所述打印件进行脱脂、熔渗处理，得到金属材料。
[0009]其中，将步骤S2中所述打印件进行脱脂处理得到打印
‑
脱脂件，将所述打印
‑
脱脂件经熔渗处理，得到3D打印
‑
熔渗件，即金属材料。
[0010]在一些实施例中，所述熔渗工艺中，熔渗材料的使用量M
熔渗材料
＝ρ
熔渗材料
×
V
脱脂件孔隙
；这里的V
脱脂件孔隙
指打印
‑
脱脂件孔隙的总体积，打印
‑
脱脂件是指将步骤S2中所述打印件进行脱脂后得到的打印
‑
脱脂件。
[0011]所述V
脱脂件孔隙
可以通过以下方法计算得到：V
脱脂件紧密
＝M
脱脂件实际
/ρ
金属粉体理论，
V
脱脂件孔隙
＝V
脱脂件实际
－V
脱脂件紧密
；
[0012]其中，V
脱脂件实际
为打印
‑
脱脂件所测得的实际体积，包含孔隙的体积；ρ
金属粉体理论
为金属粉体的理论密度，；M
脱脂件实际
为脱脂件实际测得的干重，V
脱脂件紧密
为脱脂件中的金属粉体颗粒按照全致密堆积排布时所能形成的实体的体积。
[0013]熔渗，是将熔化的低熔点金属或合金利用毛细管作用原理使其自发渗入基体骨架中；熔渗效果受基体骨架的孔隙率的影响；孔隙率过低，连通孔隙也相应减少，孔隙多为闭孔，这会导致熔渗不完全。
[0014]在一些实施例中，所述金属粉体包括022Cr17Ni12Mo2、06Cr19Ni10、20Cr13、Fe
‑
0.4C、Cr12MoV中至少一种；所述熔渗材料包括Cu
‑
Sn合金、Cu
‑
Ni合金、Cu
‑
Ni
‑
Mn合金、AlSi10Mg中至少一种。
[0015]在一些实施例中，步骤S2替换为：将步骤S1中所述级配金属混合粉体进行凝胶注射成型打印、经热固化后得到打印件。
[0016]在一些实施例中，步骤S2替换为：将步骤S1中所述级配金属混合粉体进行粉末挤出成型打印，得到打印件。
[0017]根据级配金属混合粉体的材料，选择合适的熔渗材料，控制熔渗温度低于金属材料熔点以下150～400℃。
[0018]在一些实施例中，熔渗时的升温速率为2℃/min～10℃/min，熔渗温度小于金属材料熔点以下150～400℃，保温时间为30min～300min，熔渗烧结过程在惰性气体或者真空中进行。熔渗温度小于金属材料熔点以下150～400℃中，金属材料的范围包含金属合金材料。
[0019]具体地，熔渗时的升温速率可为2℃/min～3℃/min、3℃/min～4℃/min、4℃/min～5℃/min、5℃/min～6℃/min、6℃/min～7℃/min、7℃/min～8℃/min、8℃/min～9℃/min、9℃/min～10℃/min中任一范围。
[0020]具体地，熔渗温度的范围：熔渗温度小于金属材料熔点以下150℃～200℃、200℃～250℃、250℃～300℃、300℃～350℃、350℃～400℃中任一范围。
[0021]在本申请中，粗粉体和细粉体选自同一种金属材料；当粗粉体和所述细粉体可以选自不同的金属材料，熔渗温度小于最小的金属材料熔点以下150～400℃。
[0022]具体地，熔渗工艺中保温时间为30min～90min、90min～150min、150min～210min、210min～300min中任一范围。
[0023]在一些实施例中，熔渗工艺中的惰性气体为为氩气、氢气或者氮气，压强为0.1MPa～50.1MPa，流量为0.3L/min～1.5L/min。更进一步优选的，压强为0.25MPa～20MPa，流量为0.6L/min～1.2L/min。
[0024]在一些实施例中，所述粘结剂喷射打印工艺中：落料强度70％～90％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印的金属材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备级配金属混合粉体；所述级配金属混合粉体包括粗粉体和细粉体；所述粗粉体选自金属粉体中至少一种；所述细粉体选自金属粉体中至少一种；S2、将步骤S1中所述级配金属混合粉体进行粘结剂喷射打印、经热固化、除去散粉后得到打印件；S3、将步骤S2中所述打印件进行脱脂、熔渗处理，得到金属材料打印
‑
熔渗件。2.根据权利要求1所述的基于3D打印的金属材料的制备方法，其特征在于，所述熔渗工艺中，熔渗材料的使用量M
熔渗材料
＝ρ
熔渗材料
×
V
脱脂件孔隙。
3.根据权利要求1所述的基于3D打印的金属材料的制备方法，其特征在于，所述金属粉体包括022Cr17Ni12Mo2、06Cr19Ni10、20Cr13、Fe
‑
0.4C、Cr12MoV中至少一种；所述熔渗材料包括Cu
‑
Sn合金、Cu
‑
Ni合金、Cu
‑
Ni
‑
Mn合金、AlSi10Mg中至少一种。4.根据权利要求1所述的基于3D打印的金属材料的制备方法，其特征在于，步骤S2替换为：将步骤S1中所述级配金属混合粉体进行凝胶注射成型打印、经热固化后得到打印件；或者，步骤S2替换为：将步骤S1中所述级配金属混合粉体进行粉末挤出成型打印，得到打印件。5.根据权利要求2所述的基于3D打印的金属材料的制备方法，其特征在于，熔渗时的升温速率为2℃/min～10℃/min，熔渗温度小于金属材料熔点以下150～400℃，保温时间为30min～...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁旭浩，孟晓燕，邓欣，屈志，金枫，闫国栋，
申请(专利权)人：广东峰华卓立科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：