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CN105728729A - 金属/陶瓷粉末成形方法 - Google Patents

金属/陶瓷粉末成形方法 Download PDF

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CN105728729A
CN105728729A CN201610143756.0A CN201610143756A CN105728729A CN 105728729 A CN105728729 A CN 105728729A CN 201610143756 A CN201610143756 A CN 201610143756A CN 105728729 A CN105728729 A CN 105728729A
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CN
China
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metal
powder
ceramic powder
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forming method
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CN201610143756.0A
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李宏书
罗建旭
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SHENZHEN SOONGON TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
SHENZHEN SOONGON TECHNOLOGY Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种金属/陶瓷粉末成形方法，包括步骤如下：将热塑性粘结剂与金属粉末或者陶瓷粉末混合，并挤出成型用于熔融沉积型3D打印机的打印材料。本发明金属/陶瓷粉末成形方法将热塑性粘结剂与金属粉末或者陶瓷粉末混合，并挤出成型打印材料，将该打印材料用于熔融沉积型3D打印机时，该熔融沉积型3D打印机可以打印成型含有金属或陶瓷的制品，避免了熔融沉积型3D打印机只能打印成型塑料制品的局限性。

Description

金属/陶瓷粉末成形方法
技术领域
本发明涉及成形技术领域，尤其涉及一种金属/陶瓷粉末成形方法。
背景技术
现有的熔融沉积型3D打印机通常使用PLA(polylacticacid，聚乳酸)或者ABS(AcrylonitrilebutadieneStyrenecopolymers，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)材质的打印材料进行3D打印，进而熔融沉积型3D打印机只能打印成型塑料制品，无法打印成型其他材质的制品，导致其应用受到限制。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种金属/陶瓷粉末成形方法，旨在制备含有金属或陶瓷的打印材料而增加现有的熔融沉积型3D打印机成型制品的材质的种类。
为实现上述目的，本发明提供的金属/陶瓷粉末成形方法，包括步骤如下：
将热塑性粘结剂与金属粉末或者陶瓷粉末混合，并挤出成型用于熔融沉积型3D打印机的打印材料。
优选地，所述金属/陶瓷粉末成形方法还包括步骤如下：
在熔融沉积型3D打印机中加入所述打印材料，并打印成型胚件。
优选地，所述金属/陶瓷粉末成形方法还包括步骤如下：
脱脂处理所述胚件，以脱除部分所述热塑性粘结剂；
烧结脱脂处理后的胚件。
优选地，所述将热塑性粘结剂与金属粉末或者陶瓷粉末混合，并挤出成型用于熔融沉积型3D打印机的打印材料的步骤，包括：
将热塑性粘结剂与金属粉末或者陶瓷粉末加入挤出机中，并挤出成型线状的打印材料；
绕线装置将所述打印材料绕圈设置。
优选地，所述金属粉末与所述打印材料的质量比为0.088～0.09:1；或者，
所述陶瓷粉末与所述打印材料的质量比为0.14～0.15:1。
优选地，所述金属粉末包含不锈钢粉末、铜粉、铝粉、钨粉、镍粉、及铬粉中的至少一种。
优选地，所述陶瓷粉末包含氧化锆、氧化铝、氮化硅、氮化铝、及碳化硅中的至少一种。
优选地，所述热塑性粘结剂包括聚甲醛、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和硬脂酸。
优选地，所述脱脂处理所述胚件的步骤，包括：
将所述胚件置于110～140℃的硝酸蒸汽中脱脂2～10小时；或者，
将所述胚件置于40～50℃的有机溶剂中脱脂3～20小时。
优选地，所述烧结脱脂处理后的胚件的步骤，包括：
将金属材质的胚件置入真空、氢气气氛或者氩气气氛的烧结炉中，并在5～8小时内升温至1300～1400℃，且保温1～3小时；或者，
将陶瓷材质的胚件置入空气气氛的烧结炉中，并5～8小时内升温至1350～1500℃，且保温1～3小时。
本发明技术方案，通过将热塑性粘结剂与金属粉末或者陶瓷粉末混合，并挤出成型打印材料，将该打印材料应用于熔融沉积型3D打印机时，该熔融沉积型3D打印机可以打印成型含有金属或陶瓷的制品，避免了熔融沉积型3D打印机只能打印成型塑料制品的局限性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明金属/陶瓷粉末成形方法一实施例的工艺流程图；
图2为图1中金属/陶瓷粉末成形方法中使用的3D打印机的结构示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
2 3D打印机 20 机壳
22 进料装置 24 喷料装置
26 打印工作台
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种金属/陶瓷粉末成形方法。
请参照图1和图2，图1为本发明金属/陶瓷粉末成形方法一实施例的工艺流程图；图2为图1中金属/陶瓷粉末成形方法中使用的3D打印机的结构示意图。
在本发明实施例中，该金属/陶瓷粉末成形方法包括步骤如下：
S1、将热塑性粘结剂与金属粉末或者陶瓷粉末混合，并挤出成型用于熔融沉积型3D打印机的打印材料。
本实施例的金属/陶瓷粉末成形方法通过将热塑性粘结剂与金属粉末或者陶瓷粉末混合，并挤出成型打印材料，将该打印材料应用于熔融沉积型3D打印机时，该熔融沉积型3D打印机可以打印成型含有金属或陶瓷的制品，避免了熔融沉积型3D打印机只能打印成型塑料制品的局限性。
在本实施例中，进一步地，该金属/陶瓷粉末成形方法还包括步骤如下：
S2、在熔融沉积型3D打印机2中加入打印材料，并打印成型胚件。
本实施例金属/陶瓷粉末成形方法将打印材料加入熔融沉积型3D打印机2中，并通过熔融沉积型3D打印机2将打印材料打印成胚件，该成形方法相较于现有的粉末净近成形技术，无需使用模具，降低了成形成本；且相较于粉末净近成形技术的PIM(Powderinjectionmolding，粉末注射成型)技术中要求粉末颗粒小，粉末平均粒径1～10um，球形粉末，粉末原料成本高，然而，本实施例的成形方法对打印材料的要求低，降低了材料成本；相较于粉末净近成形技术的PEM(PowderExtrusionMolding,粉末挤压成形)技术中主要制取长而细的制品而导致PEM技术成形的零件的形状受限，然而，本实施例的成形方法成型胚件的形状不受限制，可以成形各种形状的产品。
在本实施例中，进一步地，该金属/陶瓷粉末成形方法还包括步骤如下：
S3、脱脂处理胚件，以脱除部分热塑性粘结剂；
S4、烧结脱脂处理后的胚件。
该金属/陶瓷粉末成形方法通过脱脂工艺和烧结工艺进一步处理胚件，而制得最终产品，提高产品的综合性能。
在本实施例中，进一步地，该步骤S1具体包括：
将热塑性粘结剂与金属粉末或者陶瓷粉末加入挤出机中，并挤出成型线状的打印材料；
绕线装置将所述打印材料绕圈设置。
通过挤出机挤出成型线状的打印材料，提高了打印材料的生产效率；同时采用绕线装置将打印材料卷绕成圈，方便储存打印材料，减小占用空间。需要说明的是，挤出机和绕线装置均为本领域技术人员所熟知，在此不做赘述。
其中，该步骤S1中，所述金属粉末与打印材料的质量比为0.088～0.09:1，即金属粉末的质量占打印材料的质量的8.8％～9％。所述陶瓷粉末与打印材料的质量比为0.14～0.15:1，即陶瓷粉末的质量占打印材料的质量的14～15％。
其中，金属粉末可以是不锈钢粉、铜粉、铝粉、钨粉、镍粉、和铬粉中的至少一种，优选地，金属粉末包含361L不锈钢粉末和17-4PH不锈钢粉末。
其中，该陶瓷粉末可以是氧化物陶瓷粉末，例如氧化锆、氧化铝等；氮化物陶瓷，例如氮化硅、氮化铝等；碳化物陶瓷，例如碳化硅陶瓷等。该陶瓷粉末也可以是上述各种陶瓷粉末的混合物。优选地，陶瓷粉末包含氧化锆粉末。
其中，热塑性粘结剂包含聚甲醛、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和硬脂酸。该热塑性粘结剂可以熔融粘结金属粉末，而成形不同形状的胚件，并通过后续的工艺将热塑性粘结剂脱除。
请参照图2，在本实施例中，熔融沉积型3D打印机2将条状的打印材料加热融化，然后通过喷头挤喷出来，并沉积成形胚件。具体地，该熔融沉积型3D打印机2包括机壳20、设于机壳20上的进料装置22、与进料装置22连通的喷料装置24、设于喷料装置24的加热装置(未标示)以及设于机壳20内的打印工作台26。
该熔融沉积型3D打印机2可以直接将打印材料打印成胚件，无需成形模具的使用，从而大大降低了产品成形的成本。
为满足熔融沉积型3D打印机2对打印材料的形状的要求，打印材料优选直径为0.8～3mm的线状体。
进一步地，该步骤S2包括：将直径0.8～3mm的线状体加入熔融沉积型3D打印机2的进料装置22中，该线状体由进料装置22进入喷料装置24中，加热装置加热喷料装置24，将线状体加热融化，并由喷料装置24的微细喷嘴(未标示)挤喷出来熔融材料，而沉积在打印工作台26上或者前一层已固化的材料上，温度低于固化温度后开始固化，并通过材料的层层堆积而形成胚件。
在本实施例中，进一步地，该步骤S3包括：将胚件置于110～140℃的硝酸蒸汽中脱脂2～10小时，而将热塑性粘结剂中的聚甲醛在硝酸蒸汽中分解成气态的甲醛小分子；或者，将胚件置于40～50℃的有机溶剂中脱脂3～20小时，而将部分热塑性粘结剂溶解于有机溶剂中，与金属或陶瓷材料分离，其中，该有机溶剂优选为正庚烷、正己烷、汽油和煤油中的至少一种。
在本实施例中，进一步地，当打印材料为热塑性粘结剂与金属粉末的混合物时，步骤S4包括：将步骤S3得到的胚件置入真空、氢气气氛或者氩气气氛的烧结炉中，并在5～8小时内升温至1300～1400℃，且保温1～3小时。通过高温烧结将余下的热塑性粘结剂分解，并使金属材料致密融合得到金属产品。优选地，该温度变化过程为：由室温到600℃，以3～5℃/分钟升温；当温度为600℃，保持60min；温度由600℃到1350℃，以3～5℃/分钟升温；当温度为1350℃，保持120-180分钟；保温结束自然降温冷却，100度以下即可出炉。
当打印材料为热塑性粘结剂与陶瓷粉末的混合物时，步骤S4包括：将步骤S3得到的胚件置入空气气氛的烧结炉中，并5～8小时内升温至1350～1500℃，且保温1～3小时。通过高温烧结将余下的热塑性粘结剂分解，并使陶瓷材料致密融合得到陶瓷产品。优选地，该温度变化过程为：由室温到800℃，以3～5℃/分钟升温；当温度为800℃，保持1小时；温度由800到1500℃，以3～5℃/分钟升温；当温度为1500℃，保持2小时；保温结束自然降温冷却，100℃以下即可出炉。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种金属/陶瓷粉末成形方法，其特征在于，包括步骤如下：
将热塑性粘结剂与金属粉末或者陶瓷粉末混合，并挤出成型用于熔融沉积型3D打印机的打印材料。
2.如权利要求1所述的金属/陶瓷粉末成形方法，其特征在于，还包括步骤如下：
在熔融沉积型3D打印机中加入所述打印材料，并打印成型胚件。
3.如权利要求2所述的金属/陶瓷粉末成形方法，其特征在于，还包括步骤如下：
脱脂处理所述胚件，以脱除部分所述热塑性粘结剂；
烧结脱脂处理后的胚件。
4.如权利要求1所述的金属/陶瓷粉末成形方法，其特征在于，所述将热塑性粘结剂与金属粉末或者陶瓷粉末混合，并挤出成型用于熔融沉积型3D打印机的打印材料的步骤，包括：
将热塑性粘结剂与金属粉末或者陶瓷粉末加入挤出机中，并挤出成型线状的打印材料；
绕线装置将所述打印材料绕圈设置。
5.如权利要求1至4任意一项所述的金属/陶瓷粉末成形方法，其特征在于，
所述金属粉末与所述打印材料的质量比为0.088～0.09:1；或者，
所述陶瓷粉末与所述打印材料的质量比为0.14～0.15:1。
6.如权利要求5所述的金属/陶瓷粉末成形方法，其特征在于，所述金属粉末包含不锈钢粉末、铜粉、铝粉、钨粉、镍粉、及铬粉中的至少一种。
7.如权利要求5所述的金属/陶瓷粉末成形方法，其特征在于，所述陶瓷粉末包含氧化锆、氧化铝、氮化硅、氮化铝、及碳化硅中的至少一种。
8.如权利要求1至4任意一项所述的金属/陶瓷粉末成形方法，其特征在于，所述热塑性粘结剂包括聚甲醛、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和硬脂酸。
9.如权利要求3所述的金属/陶瓷粉末成形方法，其特征在于，所述脱脂处理所述胚件的步骤，包括：
将所述胚件置于110～140℃的硝酸蒸汽中脱脂2～10小时；或者，
将所述胚件置于40～50℃的有机溶剂中脱脂3～20小时。
10.如权利要求3所述的金属/陶瓷粉末成形方法，其特征在于，所述烧结脱脂处理后的胚件的步骤，包括：
将金属材质的胚件置入真空、氢气气氛或者氩气气氛的烧结炉中，并在5～8小时内升温至1300～1400℃，且保温1～3小时；或者，
将陶瓷材质的胚件置入空气气氛的烧结炉中，并5～8小时内升温至1350～1500℃，且保温1～3小时。
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