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CN109609831B - 一种3d打印金属材料及其制备方法 - Google Patents

一种3d打印金属材料及其制备方法 Download PDF

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CN109609831B CN201910052801.5A CN201910052801A CN109609831B CN 109609831 B CN109609831 B CN 109609831B CN 201910052801 A CN201910052801 A CN 201910052801A CN 109609831 B CN109609831 B CN 109609831B
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Abstract

本发明提出的一种3D打印金属材料，包括以下重量份数的组分：铜30‑50份；铝50‑80份；镁40‑60份；钛10‑18份；镍9‑15份；钴5‑13份；铬3‑9份，本发明还提出一种3D打印金属材料的制备方法。本发明通过该制备方法制备出的3D打印金属材料，具备纯净度高、球形度好、含氧量低等特点，可以提高3D打印效率以及打印出更好的产品。

Description

一种3D打印金属材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及3D打印金属材料技术领域，尤其涉及一种3D打印金属材料及其制备方法。
背景技术
3D打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。
金属3D打印是即打印材料为金属原料的3D打印，目前制备金属的3D打印技术主要有：选区激光熔化/烧结(SLM/SLS)、电子束选区熔化(EBSM)、激光近净成形(LENS)等。与传统工艺相比，金属3D打印有直接成型，无需模具，可以实现个性化设计并制作复杂结构，高效、低消耗、低成本等优点。
3D打印金属粉末作为金属零件3D打印产业链重要的一环，也是价值所在。在“2013年世界3D打印技术产业大会”上，世界3D打印行业的权威专家对3D打印金属粉末给予明确定义，即指尺寸小于1mm的金属颗粒群。包括单一金属粉末、合金粉末以及具有金属性质的某些难熔化合物粉末。但是3D打印金属粉末除需具备良好的可塑性外，还必须满足粉末粒径细小、粒度分布较窄、球形度高、流动性好和松装密度高等要求。金属材质的性能直接影响到3D打印的效果，因此为了能提高3D打印效率以及打印出更好的产品，3D打印所使用的金属粉末需具备纯净度高、球形度好、含氧量低等特点。
为解决上述问题，本申请中提出一种3D打印金属材料及其制备方法，通过清洗和去除熔融后产生的浮渣，确保金属原料的纯净度，以便生产出纯净度高的3D打印金属材料，通过高出混合合金熔点的温度加速合金混合物的融化，确保合金混合物融化彻底，也使熔融液混合更充分，冷却中加入低温惰性气体在加速冷却的同时，确保合金熔融液冷却中不会氧化，降低金属合金的含氧量，造粒机造粒成型过程中通入高温惰性气体可以使金属粉末成型更好的同时降低金属粉末的含氧量，通过本发明制备方法制备出的3D打印金属材料，具备纯净度高、球形度好、含氧量低等特点，可以提高3D打印效率以及打印出更好的产品。
发明内容
(一)发明目的
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种3D打印金属材料及其制备方法，通过该制备方法制备出的3D打印金属材料，具备纯净度高、球形度好、含氧量低等特点，可以提高3D打印效率以及打印出更好的产品。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种3D打印金属材料，包括以下重量份数的组分：
铜30-50份；
铝50-80份；
镁40-60份；
钛10-18份；
镍9-15份；
钴5-13份；
铬3-9份。
优选的，包括以下重量份数的组分：铜30份、铝50份、镁40份、钛10份、镍9份、钴5份、铬3份。
优选的，包括以下重量份数的组分：铜40份、铝65份、镁50份、钛14份、镍12份、钴9份、铬6份。
优选的，包括以下重量份数的组分：铜50份、铝80份、镁60份、钛18份、镍15份、钴13份、铬9份。
一种3D打印金属材料的制备方法，包括以下步骤：
优选的，步骤S3中熔炼炉中熔炼温度高于混合合金熔点150～200℃。
优选的，将步骤S3中形成的合金熔融液表面浮渣去除。
优选的，步骤S4中将模具放置于纯净水中冷却，并通入低温惰性气体。
优选的，步骤S6向造粒机内通入高温惰性气体。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1
本发明提出的一种3D打印金属材料，包括以下重量份数的组分：
铜30份；
铝50份；
镁40份；
钛10份；
镍9份；
钴5份；
铬3份。
本实施例一种3D打印金属材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：各金属按照上述份数配比准备，将各金属分别清洗，去除表面杂质后混合形成合金混合物；去除各金属表面的杂质，提高金属纯净度，确保制造出的金属粉末具备纯净度高的特性；
S2：将S1步骤中获得的合金混合物送至研磨机中进行研磨15-20分钟，过筛200-300目；通过研磨粉碎并过筛挑选，确保筛选的金属具备相同大小，方便金属混合均匀，便于后续加工；
S3：将过筛后的合金混合物送至熔炼炉中熔炼至熔融状态，得到合金熔融液；将合金和混合融化为熔融液状态，使各类金属充分混合，提高合金属性；
S4：将合金熔融液浇注至模具中，然后冷却至室温，得到合金锭；熔融状态的金属液冷却成金属锭，方便后续加工成3D打印所需的金属粉末；
S5：将合金锭车削成细屑后进行粉碎，得到合金粉；将合金粉与有机粘合剂搅拌均匀，配制成金属粉浆料；通过与有机粘合剂混合形成金属粉浆，便于成型为3D打印所需的球形度好的金属粉末；
S6：金属粉浆料通过喷雾造粒机制成球状3D打印用金属粉末。
在本实施例一种3D打印金属材料的制备方法中，进一步的，步骤S3中熔炼炉中熔炼温度高于混合合金熔点150℃。在加速合金混合物融化的同时，使熔炼炉内合金混合物充分熔融，确保熔融液混合均匀。
进一步的，将步骤S3中形成的合金熔融液表面浮渣去除。去除融化过程中析出的浮渣，使熔融液更纯净，保证加工出的金属粉末纯净度更高。
进一步的，步骤S4中将模具放置于纯净水中冷却，并通入低温惰性气体。合金熔融液在冷却过程中容易吸入空气内的氧气导致加工出的金属粉末含氧量高，通入低温惰性气体，在加速冷却的同时，确保合金熔融液冷却中不会氧化，降低金属合金的含氧量。
进一步的，步骤S6向造粒机内通入高温惰性气体。金属粉浆通过造粒机最终成型3D打印所需的金属粉末，通入高温惰性气体可以使金属粉末成型更好的同时降低金属粉末的含氧量。
实施例2
本发明提出的一种3D打印金属材料，包括以下重量份数的组分：
铜40份；
铝65份；
镁50份；
钛14份；
镍12份；
钴9份；
铬6份。
本实施例一种3D打印金属材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：各金属按照上述份数配比准备，将各金属分别清洗，去除表面杂质后混合形成合金混合物；去除各金属表面的杂质，提高金属纯净度，确保制造出的金属粉末具备纯净度高的特性；
S2：将S1步骤中获得的合金混合物送至研磨机中进行研磨15-20分钟，过筛200-300目；通过研磨粉碎并过筛挑选，确保筛选的金属具备相同大小，方便金属混合均匀，便于后续加工；
S3：将过筛后的合金混合物送至熔炼炉中熔炼至熔融状态，得到合金熔融液；将合金和混合融化为熔融液状态，使各类金属充分混合，提高合金属性；
S4：将合金熔融液浇注至模具中，然后冷却至室温，得到合金锭；熔融状态的金属液冷却成金属锭，方便后续加工成3D打印所需的金属粉末；
S5：将合金锭车削成细屑后进行粉碎，得到合金粉；将合金粉与有机粘合剂搅拌均匀，配制成金属粉浆料；通过与有机粘合剂混合形成金属粉浆，便于成型为3D打印所需的球形度好的金属粉末；
S6：金属粉浆料通过喷雾造粒机制成球状3D打印用金属粉末。
在本实施例一种3D打印金属材料的制备方法中，进一步的，步骤S3中熔炼炉中熔炼温度高于混合合金熔点175℃。在加速合金混合物融化的同时，使熔炼炉内合金混合物充分熔融，确保熔融液混合均匀。
进一步的，将步骤S3中形成的合金熔融液表面浮渣去除。去除融化过程中析出的浮渣，使熔融液更纯净，保证加工出的金属粉末纯净度更高。
进一步的，步骤S4中将模具放置于纯净水中冷却，并通入低温惰性气体。合金熔融液在冷却过程中容易吸入空气内的氧气导致加工出的金属粉末含氧量高，通入低温惰性气体，在加速冷却的同时，确保合金熔融液冷却中不会氧化，降低金属合金的含氧量。
进一步的，步骤S6向造粒机内通入高温惰性气体。金属粉浆通过造粒机最终成型3D打印所需的金属粉末，通入高温惰性气体可以使金属粉末成型更好的同时降低金属粉末的含氧量。
实施例3
本发明提出的一种3D打印金属材料，包括以下重量份数的组分：
铜50份；
铝80份；
镁60份；
钛18份；
镍15份；
钴13份；
铬9份。
本实施例一种3D打印金属材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：各金属按照上述份数配比准备，将各金属分别清洗，去除表面杂质后混合形成合金混合物；去除各金属表面的杂质，提高金属纯净度，确保制造出的金属粉末具备纯净度高的特性；
S2：将S1步骤中获得的合金混合物送至研磨机中进行研磨15-20分钟，过筛200-300目；通过研磨粉碎并过筛挑选，确保筛选的金属具备相同大小，方便金属混合均匀，便于后续加工；
S3：将过筛后的合金混合物送至熔炼炉中熔炼至熔融状态，得到合金熔融液；将合金和混合融化为熔融液状态，使各类金属充分混合，提高合金属性；
S4：将合金熔融液浇注至模具中，然后冷却至室温，得到合金锭；熔融状态的金属液冷却成金属锭，方便后续加工成3D打印所需的金属粉末；
S5：将合金锭车削成细屑后进行粉碎，得到合金粉；将合金粉与有机粘合剂搅拌均匀，配制成金属粉浆料；通过与有机粘合剂混合形成金属粉浆，便于成型为3D打印所需的球形度好的金属粉末；
S6：金属粉浆料通过喷雾造粒机制成球状3D打印用金属粉末。
在本实施例一种3D打印金属材料的制备方法中，进一步的，步骤S3中熔炼炉中熔炼温度高于混合合金熔点200℃。在加速合金混合物融化的同时，使熔炼炉内合金混合物充分熔融，确保熔融液混合均匀。
进一步的，将步骤S3中形成的合金熔融液表面浮渣去除。去除融化过程中析出的浮渣，使熔融液更纯净，保证加工出的金属粉末纯净度更高。
进一步的，步骤S4中将模具放置于纯净水中冷却，并通入低温惰性气体。合金熔融液在冷却过程中容易吸入空气内的氧气导致加工出的金属粉末含氧量高，通入低温惰性气体，在加速冷却的同时，确保合金熔融液冷却中不会氧化，降低金属合金的含氧量。
进一步的，步骤S6向造粒机内通入高温惰性气体。金属粉浆通过造粒机最终成型3D打印所需的金属粉末，通入高温惰性气体可以使金属粉末成型更好的同时降低金属粉末的含氧量。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种3D打印金属材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
铜30-50份；铝50-80份；镁40-60份；钛10-18份；镍9-15份；钴5-13份；铬3-9份；
其中，制备方法，包括以下步骤：
S1：各金属按照上述份数配比准备，将各金属分别清洗，去除表面杂质后混合形成合金混合物；
S2：将S1步骤中获得的合金混合物送至研磨机中进行研磨15-20分钟，过筛200-300目；
S3：将过筛后的合金混合物送至熔炼炉中熔炼至熔融状态，得到合金熔融液；
S4：将合金熔融液浇注至模具中，然后冷却至室温，得到合金锭；
S5：将合金锭车削成细屑后进行粉碎，得到合金粉；将合金粉与有机粘合剂搅拌均匀，配制成金属粉浆料；
S6：金属粉浆料通过喷雾造粒机制成球状3D打印用金属粉末。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印金属材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：铜30份、铝50份、镁40份、钛10份、镍9份、钴5份、铬3份。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印金属材料及其制备方法，其特征在于，包括以下重量份数的组分：铜40份、铝65份、镁50份、钛14份、镍12份、钴9份、铬6份。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印金属材料及其制备方法，其特征在于，包括以下重量份数的组分：铜50份、铝80份、镁60份、钛18份、镍15份、钴13份、铬9份。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印金属材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中熔炼炉中熔炼温度高于混合合金熔点150～200℃。
6.根据权利要求1所述的一种3D打印金属材料的制备方法，其特征在于，将步骤S3中形成的合金熔融液表面浮渣去除。
7.根据权利要求1所述的一种3D打印金属材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中将模具放置于纯净水中冷却，并通入低温惰性气体。
8.根据权利要求1所述的一种3D打印金属材料的制备方法，其特征在于，步骤S6向造粒机内通入高温惰性气体。
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