金属浆料及其制备方法、金属图案打印与激光烧结方法技术

本发明专利技术公开了一种金属浆料及其制备方法、金属图案打印与激光烧结方法。其中，金属浆料主要由金属粉末、焦油、N

【技术实现步骤摘要】
金属浆料及其制备方法、金属图案打印与激光烧结方法


[0001]本专利技术涉及金属增材制造
，尤其是涉及一种金属浆料及其制备方法、金属图案打印与激光烧结方法。

技术介绍

[0002]金属3D打印作为一种新兴的先进成型技术，在航空、医疗、电子等诸多领域拥有巨大的市场潜力和应用前景。选择性激光烧结(SLS)技术作为主流的金属3D打印技术之一，是以微细金属粉末为原料，利用高能激光对金属粉床进行逐层扫描，将金属粉末烧结或熔化从而形成金属零件。
[0003]SLS技术存在如下问题：1.需要在惰性气体保护环境下进行。2.依靠高能激光(激光功率几百瓦特至上千瓦特)加热从而烧结粉末，激光能量利用率低，难以烧结钼、钨等难熔金属(熔点高于2000℃)以及铜等高反射率金属；3.对粉末均一性和球形度要求高，且送粉、铺粉装置复杂，设备体积较大、成本昂贵。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种金属浆料，可采用激光烧结，且烧结过程无需保护气氛；对激光能量具有高吸收率，可以烧结或熔化难熔金属例如钼和钨等以及高反射率的金属，例如铜等；对金属粉末的均一性和球形度要求低，可以简化用于金属3D打印设备的复杂程度，降低金属3D打印设备的成本。
[0005]本专利技术第二方面在于提出一种金属浆料的制备方法。
[0006]本专利技术第三方面在于提出一种金属图案打印与激光烧结方法。
[0007]根据本专利技术第一方面实施例的金属浆料，主要由金属粉末、焦油、N
‑
甲基吡咯烷酮和聚乙烯吡咯烷酮均匀混合而成，其中，所述焦油为煤焦油和/或乙烯焦油。
[0008]根据本专利技术第一方面实施例的金属浆料，具有如下优势，第一、通过在金属浆料中加入焦油，增强了金属浆料对激光的吸收率，提升了金属浆料在受到激光辐照时的能量利用率，从而对本专利技术的金属浆料进行激光烧结时，激光功率相比传统激光增材技术可以降低1至2个数量级，并且还可以烧结或熔化难熔金属例如钼和钨等以及高反射率的金属，例如铜等；第二、通过在金属浆料中加入焦油，焦油作为抗氧化剂，在激光辐照下反应形成保护气氛，从而可以防止金属粉末在激光烧结过程发生氧化，进而可以保证激光烧结后的金属图案具有良好的导电性，满足应用需求；第三、本专利技术的金属浆料体系稳定，适用于3D打印，且打印出来的初始图形具有良好的保形性，可以更好地适用于传感器制造及零件缺陷修补等场景；第四、本专利技术的金属浆料对金属粉末的均一性和球形度要求低，可以简化用于金属3D打印设备的复杂程度，降低打印设备的成本。
[0009]根据本专利技术的一些实施例，所述金属粉末为铝粉末、铜粉末、镍粉末、钼粉末、钨粉末中的一种或多种。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，所述金属粉末的粒径为1μm～5μm。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，金属浆料还包括乙二醇丁醚。
[0012]根据本专利技术第二方面实施例的金属浆料的制备方法，用于制备本专利技术第一方面实施例的金属浆料，包括如下步骤：
[0013]S1：将所述聚乙烯吡咯烷酮粉末完全溶解在所述N
‑
甲基吡咯烷酮中，得到PVP
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NMP溶液；
[0014]S2：将所述PVP
‑
NMP溶液与所述焦油均匀混合，得到第一混合液；
[0015]S3：将所述金属粉末与所述第一混合液均匀混合，得到第二混合液；
[0016]S4：对所述第二混合液进行球磨处理；
[0017]S5：对球磨处理得到的浆料进行真空脱泡处理，得到所述金属浆料。
[0018]根据本专利技术第二方面实施例的金属浆料的制备方法，除了具有本专利技术第一方面实施的优势外，还具有如下优势，可制备高粘度且分散均匀的金属浆料，金属的质量分数超过80％，粘度可达104Pa
·
s，同时具有较好的剪切稀化特性、利于进行3D打印，打印保形性强，制备得到的金属浆料可以在曲面基板上打印图案，适用于零件缺陷修补和传感器制造。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，在所述步骤S1中，所述聚乙烯吡咯烷酮粉末与所述N
‑
甲基吡咯烷酮的质量比为1:1～1.5；在所述步骤S2中，所述PVP
‑
NMP溶液与所述焦油的质量比为1:2～3；在所述步骤S3中，所述第一混合液与所述金属粉末的质量比为1:5～8。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S2还包括加入乙二醇丁醚，其中，所述乙二醇丁醚与所述PVP
‑
NMP溶液的质量比小于0.2。
[0021]根据本专利技术第三方面实施例的金属图案打印与激光烧结方法，包括如下步骤：
[0022]S6：采用金属浆料进行3D打印，获得初始图案，其中，所述金属浆料为本专利技术第一方面实施例的金属浆料或为本专利技术第二方面实施例的金属浆料的制备方法制备而成的金属浆料；
[0023]S7：采用激光扫描所述初始图案以得到烧结的金属图案。
[0024]根据本专利技术第三方面实施例的金属图案打印与激光烧结方法，除了具有本专利技术第一方面实施的优势外，还具有如下优势，利用激光烧结打印图案，相比采用高温炉烧结方式具有耗能少、耗时短、灵活度高、无需保护气氛等优势，相比于SLS技术，所需激光能量低1至2个数量级，且无需保护气氛，可在大气环境下实现无氧化烧结，烧结过程简单方便，可以简化制作金属图案的装置。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，在所述步骤S7中，所述激光扫描所述初始图案的速度为50～200mm/min，所述激光在所述初始图案上的光斑直径不小于所述初始图案的线宽。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，在所述步骤S7中，所述激光的功率为2～10W。
[0027]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0028]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0029]图1为本专利技术第二方面实施例的金属浆料制备方法的流程框图。
[0030]图2为本专利技术第三方面实施例的金属图案打印与激光烧结方法的流程框图。
[0031]图3为本专利技术第四方面实施例的制作金属图案的装置的结构示意图。
[0032]图4为实施例1中打印后的铜金属浆料的扫描电镜图。
[0033]图5为实施例1中铜金属浆料经激光烧结后的扫描电镜图。
[0034]图6为在球面上制造的金属图案的照片。
[0035]图7为实施例2中打印后的钼金属浆料的扫描电镜图。
[0036]图8为实施例2中钼金属浆料经激光烧结后的扫描电镜图。
[0037]附图标记：
[0038]制作金属图案的装置100；平面运动输出机构1；平面运动平台2；旋转输出机构3；
[0039]工件台4；基板5；支撑架6；竖直运动输出机构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属浆料，其特征在于，主要由金属粉末、焦油、N
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甲基吡咯烷酮和聚乙烯吡咯烷酮均匀混合而成，其中，所述焦油为煤焦油和/或乙烯焦油。2.根据权利要求1所述的金属浆料，其特征在于，所述金属粉末为铝粉末、铜粉末、镍粉末、钼粉末、钨粉末中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的金属浆料，其特征在于，所述金属粉末的粒径为1μm～5μm。4.根据权利要求1所述的金属浆料，其特征在于，还包括乙二醇丁醚。5.一种金属浆料的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1
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4中任一项所述的金属浆料，包括如下步骤：S1：将所述聚乙烯吡咯烷酮粉末完全溶解在所述N
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甲基吡咯烷酮中，得到PVP
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NMP溶液；S2：将所述PVP
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NMP溶液与所述焦油均匀混合，得到第一混合液；S3：将所述金属粉末与所述第一混合液均匀混合，得到第二混合液；S4：对所述第二混合液进行球磨处理；S5：对球磨处理得到的浆料进行真空脱泡处理，得到所述金属浆料。6.根据权利要求5所述的金属浆料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述聚乙烯吡咯烷酮粉末与所述N
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【专利技术属性】
技术研发人员：臧浠凝，胡楚雄，于济川，汪泽，魏媛孔，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：