一種低功率激光燒結(jié)法金屬3d打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種低功率激光燒結(jié)法金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法。本發(fā)明采用金屬粉末材料加熱塑性成型粘接劑的方法，制備出低融點(diǎn)的3D金屬打印原材料混合料，由于金屬粉末顆粒表面形成薄層熱塑性粘結(jié)劑，通過低功率（小于50W）選擇性激光燒結(jié)或電子束燒結(jié)法3D打印機(jī)，金屬粉末材料經(jīng)過表層熱塑性粘結(jié)劑低溫融化—冷卻粘結(jié)固化過程，層層堆積成型，就可以使用制備的此類金屬粉末原材料，打印出金屬零部件產(chǎn)品生坯，通過熱脫脂法或化學(xué)催化脫脂法等工藝脫除生坯零部件中的成型粘接劑，再用真空燒結(jié)或氣氛保護(hù)燒結(jié)方法進(jìn)行脫除成型粘結(jié)劑后的生坯高溫?zé)Y(jié)，生產(chǎn)出合金化致密的高性能復(fù)雜金屬零部件產(chǎn)品。本發(fā)明的有益效果是：開發(fā)了一種低成本方式的3D打印生產(chǎn)金屬零部件的設(shè)備和工藝。
【專利說明】一種低功率激光燒結(jié)法金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用金屬粉末添加熱塑性有機(jī)粘接劑，通過低功率選著性激光燒結(jié)或電子束燒結(jié)法3D打印機(jī)打印含粘接劑的金屬產(chǎn)品生坯，再通過脫除生坯粘結(jié)劑、高溫?zé)Y(jié)合金化致密化生產(chǎn)金屬零部件產(chǎn)品的方法和設(shè)備。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]3D打印生產(chǎn)技術(shù)屬于近凈成型增材制造技術(shù)的一種，其原理為由軟件把計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的三維零部件實(shí)體圖分解成若干層平面切片，通過3D打印機(jī)打印輸出，生產(chǎn)不同材質(zhì)的所需零部件產(chǎn)品；因其柔性化、定制化、快速近凈成型生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的不同材質(zhì)零部件的俱多優(yōu)點(diǎn)，成為一種極具發(fā)展前景的增材制造技術(shù)，特別在設(shè)計(jì)制造一體化整體成型、直接生產(chǎn)高性能復(fù)雜金屬零部件整體模塊方面擁有特殊優(yōu)勢。
[0004]目前類似3D打印近凈成型增材制造制造技術(shù)在全世界得以飛速發(fā)展，已初步商用化的生產(chǎn)方法主要有激光立體成型法、選擇性激光燒結(jié)法、選擇性電子束燒結(jié)法、低溫熔融層積法等。
[0005]3D打印選擇性激光/電子束燒結(jié)法工藝是利用粉末材料，主要有熱塑性高分子材料粉末、金屬粉末、陶瓷粉末等，在計(jì)算機(jī)控制下激光/電子束對(duì)粉末分層進(jìn)行選擇性界面照射燒結(jié)，并層層堆積成型，是增材制造近凈成型的主要方法之一，可以生產(chǎn)多種材質(zhì)任意三維形狀的零部件。
[0006]由于金屬熔化或燒結(jié)溫度高，用激光成型法和電子束燒結(jié)法所使用的激光發(fā)生器功率或電子束發(fā)生電源功率很大，選擇性激光燒結(jié)法的激光發(fā)生器功率一般在200W以上，高功率激光器生產(chǎn)技術(shù)難度大，成本昂貴，大規(guī)模商用投資大，設(shè)備維護(hù)復(fù)雜，門檻高。而利用部分成熟技術(shù)開發(fā)一種低成本方式的3D打印生產(chǎn)金屬零部件設(shè)備和工藝已成為現(xiàn)實(shí)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決目前3D打印技術(shù)成本昂貴，設(shè)備維護(hù)復(fù)雜的缺點(diǎn)，本發(fā)明開發(fā)出一種低功率激光燒結(jié)法金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法。
[0008]本發(fā)明采用金屬粉末材料加熱塑性成型粘接劑的方法，制備出低融點(diǎn)的3D金屬打印原材料混合料，由于金屬粉末顆粒表面形成薄層熱塑性粘結(jié)劑，通過低功率(小于50W)選擇性激光燒結(jié)或電子束燒結(jié)法3D打印機(jī)，金屬粉末表層的薄層熱塑性粘結(jié)劑經(jīng)過低溫融化一冷卻粘結(jié)固化過程，并層層堆積成型，就可以使用制備的此類金屬粉末原材料，打印出金屬零部件產(chǎn)品生坯，生坯零部件通過熱脫脂法或化學(xué)催化脫脂法等工藝脫除生坯零部件中的成型粘接劑，再用真空燒結(jié)或氣氛保護(hù)燒結(jié)方法進(jìn)行脫除成型粘結(jié)劑后的生坯高溫?zé)Y(jié)，生產(chǎn)出合金化致密的高性能復(fù)雜金屬零部件產(chǎn)品。
[0009]本發(fā)明的生產(chǎn)工藝過程: 金屬粉末材料+熱塑性成型粘結(jié)劑一混練成型金屬粉末混合料一破碎一低功率選擇性激光燒結(jié)或電子束燒結(jié)法3D打印機(jī)打印生產(chǎn)零部件生坯——生坯脫除粘結(jié)劑——高溫?zé)Y(jié)——金屬零部件產(chǎn)品
熱塑性成型粘結(jié)劑功能:增加3D打印所需金屬粉末原材料的低溫?zé)崴苄院途S持成型形狀。
[0010]以上發(fā)明的技術(shù)方法不但用于金屬的3D打印生產(chǎn)，各種陶瓷材料的3D打印也適用于本發(fā)明技術(shù)所使用的低功率激光燒結(jié)法3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合具體的實(shí)施例來描述這一發(fā)明。
[0012]用3D打印鈦合金T1-6A1_4V (TC4)材質(zhì)金屬零部件產(chǎn)品為例說明如下:
一.熱塑性成型金屬粉末混合料制備
(1)選擇平均粒徑D50=25μ m的鈦合金Ti_6Al_4V (TC4)牌號(hào)球形金屬粉末
(2)熱塑性成型粘結(jié)劑成分:50%石蠟+50%聚乙烯
(3)混煉:60%金屬粉末含量+40%成型粘結(jié)劑體積含量，用5公斤螺桿混煉機(jī)，在溫度1200C以下混煉20KG混合料20小時(shí)。
[0013]二.破碎
混練的金屬粉末混合成團(tuán)，采用氣流粉碎機(jī)破碎成微細(xì)顆粒，一般控制粒度50um以下。
[0014]三.3D打印成型金屬零部件生坯
(I)選用已商業(yè)化激光器40W低功率的選擇性激光燒結(jié)3D打印機(jī)，激光燒結(jié)溫度控制在200°C以下，打印室溫度控制在80°C以內(nèi)，具有熱塑性特性的金屬粉末混合料在激光光斑的照射下產(chǎn)生粉末表面粘結(jié)劑融化一冷卻凝固過程，并層層堆積成型。
[0015](2)利用專業(yè)3D打印軟件在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)好要打印的三維金屬零部件產(chǎn)品模型，設(shè)置打印參數(shù)，3D打印機(jī)打印成型零部件生坯。
[0016]四.零部件生坯成型粘結(jié)劑脫除
在專用熱脫脂爐中，金屬零部件生坯中的粘結(jié)劑被加熱脫除，此過程中設(shè)定加熱工藝曲線，控制升溫速率，保證粘結(jié)劑脫除干凈，零部件生坯不變形。
[0017]五.脫除零部件生坯成型粘結(jié)劑后真空燒結(jié)
脫除粘結(jié)劑的鈦合金部件生坯放入真空燒結(jié)爐，根據(jù)此鈦合金T1-6A1-4V (TC4)材質(zhì)，液相燒結(jié)溫度設(shè)定為1250°C，制定燒結(jié)溫度曲線，對(duì)零部件生坯進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，生坯產(chǎn)品燒結(jié)收縮致密化合金化，生產(chǎn)出有一定機(jī)械性能的鈦合金T1-6A1-4V (TC4)金屬零部件產(chǎn)品。
【權(quán)利要求】
1.一種低功率激光燒結(jié)法金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法，其特征為采用金屬粉末添加熱塑性有機(jī)粘接劑，通過低功率選著性激光燒結(jié)或電子束燒結(jié)法3D打印機(jī)打印金屬產(chǎn)品生坯，再通過脫除其生坯粘結(jié)劑、高溫?zé)Y(jié)合金化致密化生產(chǎn)金屬零部件產(chǎn)品的方法和設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的一種低功率激光燒結(jié)法金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法，其特征為:打印材料為熱塑性成型金屬粉末混合料，成分為金屬粉末添加熱塑性高分子粘結(jié)劑材料。
3.如權(quán)利要求1所述的一種低功率激光燒結(jié)法金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法，其特征為:選用已商業(yè)化激光器50W低功率的選擇性激光燒結(jié)3D打印機(jī)，激光燒結(jié)溫度控制在200°C以下，打印室溫度控制在80°C以內(nèi)，具有熱塑性特性的金屬粉末混合料在激光光斑的照射下產(chǎn)生粉末表面粘結(jié)劑融化——冷卻凝固過程，并層層堆積成型。
4.如權(quán)利要求1所述的一種低功率激光燒結(jié)法金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法，其特征為:在專用脫脂設(shè)備中，金屬零部件生坯中的粘結(jié)劑被脫除，此過程中設(shè)定加熱工藝曲線，控制升溫速率，保證粘結(jié)劑脫除干凈，零部件生坯不變形。
5.如權(quán)利要求1所述的一種低功率激光燒結(jié)法金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法，其特征為:脫除粘結(jié)劑的零部件生坯放入燒結(jié)爐，制定燒結(jié)溫度曲線，對(duì)零部件生坯進(jìn)行致密化高溫?zé)Y(jié)，生坯產(chǎn)品燒結(jié)收縮致密化，生產(chǎn)出有一定機(jī)械性能的零部件產(chǎn)品。
6.如權(quán)利要求1所述的一種低功率激光燒結(jié)法金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法，其特征為:生產(chǎn)工藝過程為:金屬粉末材料+熱塑性成型粘結(jié)劑——混練成型金屬粉末混合料——破碎——低功率選擇性激光燒結(jié)或電子束燒結(jié)法3D打印機(jī)打印生產(chǎn)零部件生坯——生坯脫除粘結(jié)劑——高溫?zé)Y(jié)——金屬零部件產(chǎn)品。
7.如權(quán)利要求1所述的一種低功率激光燒結(jié)法金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法，其特征為:本發(fā)明的技術(shù)方法不但用于金屬的3D打印生產(chǎn)，各種陶瓷材料的3D打印也適用于本發(fā)明技術(shù)所使用的低功率激光燒結(jié)法3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)。
8.如權(quán)利要求1所述的一種低功率激光燒結(jié)法金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法，其特征為:熱塑性成型有機(jī)粘結(jié)劑成分:50%石蠟+50%聚乙烯，本技術(shù)方法中所使用熱塑性成型有機(jī)粘結(jié)劑是為了增加3D打印所需金屬粉末原材料的低溫?zé)崴苄院途S持成型形狀，粘結(jié)劑的選擇呈多樣性，只要使用目的和方法符合本發(fā)明技術(shù)的原則范疇，都屬于本發(fā)明技術(shù)的權(quán)利要求范圍。
【文檔編號(hào)】B22F3/105GK103769586SQ201310605634
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】王利民 申請(qǐng)人:王利民