一種制備三維打印用球形粉末材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備三維打印用球形粉末材料的方法，包括原料選取，高能球磨和射頻等離子體球化步驟，所述原料選取步驟所選原料為金屬或合金粉末，所述高能球磨步驟在氬氣保護下進行，球磨介質為石油醚，所述金屬或合金粉末為鋁合金粉末、鈦合金粉末、鎳基合金粉末、不銹鋼粉末或鎢合金粉末，所述射頻等離子體球化步驟總氣流量100～200L/min，等離子體輸入功率50～100kW，系統出氣口負壓為-1000Pa～-2000Pa，送粉量為50～150g/min。本發(fā)明所制得球形粉末，球形度高，粒度均勻，含氧量低，缺陷少和流動性好，適用于3D打??；本發(fā)明制備三維打印用球形粉末材料的方法還具有過程精確可控的優(yōu)點。
【專利說明】一種制備三維打印用球形粉末材料的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于三維制造【技術領域】，涉及一種制造三維打印耗材的方法，特別涉及一 種制備三維打印用球形粉末材料的方法。

【背景技術】
[0002] 三維打印又稱3D打印，是當前全球最受關注的新興技術之一，被MIT的《科技評 論》雜志評選為2014年十大最具突破性的科技創(chuàng)新之一。作為一個戰(zhàn)略性新興產業(yè)，3D打 印技術及相關產業(yè)正在高速發(fā)展，麥肯錫預測，到2025年，3D打印相關產業(yè)規(guī)模有望達到 0. 2萬億至0. 6萬億美元。
[0003] 3D打印粉末材料是制約3D打印技術推廣應用的關鍵，目前制備3D打印粉末材料 的方法主要有機械研磨法、自蔓延高溫合成法、霧化法、旋轉電極法、化學氣相沉積法；機械 研磨法工序簡單、成本低，但效率和純度較低，難以用于工業(yè)化生產；自蔓延高溫合成法雖 然工藝簡單，易得到細粉，但氧含量較高、形狀不規(guī)則，如加有微合金化元素，反應尤其不易 充分，粉末成分均勻性差；霧化法主要用于金屬或合金粉末的制備，對于一些可熔的氧化物 陶瓷材料，難以獲得細微陶瓷粉體，且由于存在坩堝污染，無法保證純度；旋轉電極法可以 制備高純度的金屬粉末，但制備的粉末較粗，平均粒徑一般在100?150 μ m以上；化學氣相 沉積法制備的粉末粒徑均勻，但粉末后處理工序繁雜，生產能耗較高。
[0004] 目前，國內高端的3D打印粉末材料主要依賴進口，而國外廠商常將原材料與設備 捆綁高價銷量（售價約為國產3D打印粉末材料價格的5?10倍），極大地制約了我國3D 打印技術的發(fā)展。
[0005] 因此，有必要開發(fā)一種價格更低、性能更好、通用性更強的3D打印材料以拓展3D 打印技術應用和推廣。


【發(fā)明內容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種制備三維打印用球形粉末材料的方法。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
[0008] -種制備三維打印用球形粉末材料的方法，包括原料選取，高能球磨和射頻等離 子體球化步驟，所述原料選取步驟所選原料為金屬或合金粉末，所述高能球磨步驟在氬氣 保護下進行，球磨介質為石油醚。
[0009] 作為本發(fā)明制備三維打印用球形粉末方法的優(yōu)選，所述金屬或合金粉末為鋁合 金粉、不銹鋼粉、鈦合金粉、鎳基合金粉、鎢合金粉、鈷鉻合金粉、鎂合金粉或銅粉，其粒徑 ^ 100 μ m〇
[0010] 作為本發(fā)明制備三維打印用球形粉末方法的另一種優(yōu)選，所述高能球磨步驟球料 比為5:1?10:1，球磨時間為6?24h，球磨轉速為800?1500r/min。 toon] 作為本發(fā)明制備三維打印用球形粉末方法的另一種優(yōu)選，所述高能球磨后還包括 分級篩選步驟，若球磨后粉體粒徑符合要求，則進入射頻等離子體球化步驟，反之返回球磨 步驟。
[0012] 作為本發(fā)明制備三維打印用球形粉末方法的進一步優(yōu)選，射頻等離子體球 化步驟總氣流量100?200L/min，等離子體輸入功率50?100kW，系統出氣口負壓 為-lOOOPa ?-2000Pa，送粉量為 50 ?150g/min。
[0013] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0014] 本發(fā)明制備三維打印用球形粉末材料的方法，首先對金屬粉體進行高能球磨，然 后篩選球磨后的粉體，最后對篩選符合要求的粉體進行射頻等離子體球化；可以得到球形 度高，粒度均勻，含氧量低，缺陷少和流動性好的適用于3D打印的粉體材料；本發(fā)明制備三 維打印用球形粉末材料的方法還具有成本低、過程精確可控的優(yōu)點；本發(fā)明所制得的球形 粉末可用于三維打印制造領域，例如電子束熔融快速成型、粉末床激光燒結成型、激光近凈 成型、大型激光燒結成型等，也可用于焊接、表面熔敷、復合材料制備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行 說明：
[0016] 圖1為本發(fā)明制備三維打印用球形粉末工藝流程圖；
[0017] 圖2為實施例2制得球形粉末的微觀形貌及粒徑分布圖；
[0018] 圖3為實施例3制得球形粉末的微觀形貌及粒徑分布圖；
[0019] 圖4為實施例4制得球形粉末的微觀形貌及粒徑分布圖。

【具體實施方式】
[0020] 下面將結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0021] 實施例1 :
[0022] 本實施例制備三維打印用球形粉末材料的方法如圖1所示，包括以下步驟：
[0023] 1)選取原材料：本實施例所選原材料為外購的粉末冶金法制備的鋁合金粉末；
[0024] 2)高能球磨：將步驟1所選原材料加入高性能球磨裝置進行球磨；
[0025] 本實施例中，球磨罐為瑪瑙材質，研磨球選用瑪瑙球，球料比為2:1，球磨時間為 2h，球磨轉速為1200r/min ;為了控制球磨的速率和防止氧化，本實施例在球磨過程中以石 油醚作為過程控制劑，同時在球磨罐中封入高純氬氣；
[0026] 3)篩選：篩選研磨所得粉體，若球磨后粉體粒徑符合要求，則進入射頻等離子體 球化步驟，反之返回球磨步驟；
[0027] 4)射頻（RF)等離子體球化：干燥步驟3)篩選得到的不規(guī)則鋁合金粉末，然后送 入射頻RF等離子體球化設備中進行球化處理；
[0028] 本實施例中，球化參數設定為，總氣流量150L/min，等離子體輸入功率20kW，系統 出氣口負壓為-l〇〇〇Pa，送粉量為200g/min。
[0029] 實施例2 :
[0030] 本實施例制備三維打印用球形粉末材料的方法，包括以下步驟：
[0031] 1)選取原材料：本實施例所選原材料為外購的粉末冶金法制備的不銹鋼（不銹鋼 316L)粉末；
[0032] 2)高能球磨：將步驟1所選原材料加入高性能球磨裝置進行球磨；
[0033] 本實施例中，球磨罐為瑪瑙材質，研磨球選用瑪瑙球，球料比為4:1，球磨時間為 4h，球磨轉速為800r/min ;為了控制球磨的速率和防止氧化，本實施例在球磨過程中以石 油醚作為過程控制劑，同時在球磨罐中封入高純氬氣；
[0034] 3)篩選：篩選研磨所得粉體，若球磨后粉體粒徑符合要求，則進入射頻等離子體 球化步驟，反之返回球磨步驟；
[0035] 4)射頻（RF)等離子體球化：干燥步驟3)篩選得到的不規(guī)則鋁合金粉末，然后送 入射頻RF等離子體球化設備中進行球化處理；
[0036] 本實施例中，球化參數設定為，總氣流量120L/min，等離子體輸入功率30kW，系統 出氣口負壓為-lOOOPa，送粉量為150g/min。
[0037] 實施例3 :
[0038] 本實施例制備三維打印用球形粉末材料的方法，包括以下步驟：
[0039] 1)選取原材料：本實施例所選原材料為外購的粉末冶金法制備的鈦合金（TC4)粉 末；
[0040] 2)高能球磨：將步驟1所選原材料加入高性能球磨裝置進行球磨；
[0041] 本實施例中，球磨罐為WC材質，研磨球選用WC球，球料比為6:1，球磨時間為6h， 球磨轉速為600r/min ;為了控制球磨的速率和防止氧化，本實施例在球磨過程中以石油醚 作為過程控制劑，同時在球磨罐中封入高純氬氣；
[0042] 3)篩選：篩選研磨所得粉體，若球磨后粉體粒徑符合要求，則進入射頻等離子體 球化步驟，反之返回球磨步驟；
[0043] 4)射頻（RF)等離子體球化：真空干燥步驟3)篩選得到的不規(guī)則鋁合金粉末，然 后送入射頻RF等離子體球化設備中進行球化處理；
[0044] 本實施例中，球化參數設定為，總氣流量100L/min，等離子體輸入功率40kW，系統 出氣口負壓為_ 2000Pa，送粉量為100g/min。
[0045] 實施例4 :
[0046] 本實施例制備三維打印用球形粉末材料的方法，包括以下步驟：
[0047] 1)選取原材料：本實施例所選原材料為外購的粉末冶金法制備的鎳基合金粉末 (鎳基合金718);
[0048] 2)高能球磨：將步驟1所選原材料加入高性能球磨裝置進行球磨；
[0049] 本實施例中，球磨罐為WC材質，研磨球選用WC球，球料比為8:1，球磨時間為8h， 球磨轉速為600r/min ;為了控制球磨的速率和防止氧化，本實施例在球磨過程中以石油醚 作為過程控制劑，同時在球磨罐中封入高純氬氣；
[0050] 3)篩選：篩選研磨所得粉體，若球磨后粉體粒徑符合要求，則進入射頻等離子體 球化步驟，反之返回球磨步驟；
[0051] 4)射頻（RF)等離子體球化：干燥步驟3)篩選得到的不規(guī)則鋁合金粉末，然后送 入射頻RF等離子體球化設備中進行球化處理；
[0052] 本實施例中，球化參數設定為，總氣流量80L/min，等離子體輸入功率60kW，系統 出氣口負壓為_2000Pa，送粉量為80g/min。
[0053] 實施例5 :
[0054] 本實施例制備三維打印用球形粉末材料的方法，包括以下步驟：
[0055] 1)選取原材料：本實施例所選原材料為外購的粉末冶金法制備的鎢合金粉末；
[0056] 2)高能球磨：將步驟1所選原材料加入高性能球磨裝置進行球磨；
[0057] 本實施例中，球磨罐為WC材質，研磨球選用WC球，球料比為10:1，球磨時間為 10h，球磨轉速為600r/min ;為了控制球磨的速率和防止氧化，本實施例在球磨過程中以石 油醚作為過程控制劑，同時在球磨罐中封入高純氬氣；
[0058] 3)篩選：篩選研磨所得粉體，若球磨后粉體粒徑符合要求，則進入射頻等離子體 球化步驟，反之返回球磨步驟；
[0059] 4)射頻（RF)等離子體球化：干燥步驟3)篩選得到的不規(guī)則鋁合金粉末，然后送 入射頻RF等離子體球化設備中進行球化處理；
[0060] 本實施例中，球化參數設定為，總氣流量60L/min，等離子體輸入功率80kW，系統 出氣口負壓為_ 2000Pa，送粉量為50g/min。
[0061] 圖2a為實施例2制得球形粉末的微觀形貌圖，圖2b為實施例2制得球形粉末的 粒徑分布圖；由圖2可以看出，本實施例所制得的不銹鋼粉末粒徑分布均勻，粒度分布范圍 80-300 μ m，呈標準正態(tài)分布，球形度> 95%。
[0062] 圖3a為實施例3制得球形粉末的微觀形貌圖，圖3b為實施例3制得球形粉末的 粒徑分布圖；由圖3可以看出，本實施例所制得的鈦合金粉末粒徑分布均勻，粒度分布范圍 10-70 μ m，呈標準正態(tài)分布，球形度> 95%。
[0063] 圖4a為實施例4制得球形粉末的微觀形貌圖，圖4b為實施例4制得球形粉末的 粒徑分布圖；由圖4可以看出，本實施例所制得的鎳基合金粉末粒徑分布均勻，粒度分布范 圍45-150 μ m，呈標準正態(tài)分布，球形度> 95%。
[0064] 由此可見，本發(fā)明制備粉體材料球形度高，粒度均勻，含氧量低，適用于3D打印。
[0065] 需要說明的是，本發(fā)明的處理方法還可以用于處理其他材料，如高分子材料、陶瓷 材料、納米復合材料以及碳纖維材料等。
[〇〇66] 最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管通 過上述優(yōu)選實施例已經對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在 形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權利要求書所限定的范圍。
【權利要求】
1. 一種制備三維打印用球形粉末材料的方法，其特征在于：包括原料選取，高能球磨 和射頻等離子體球化步驟，所述原料選取步驟所選原料為金屬或合金粉末，所述高能球磨 步驟在氬氣保護下進行，球磨介質為石油醚。
2. 根據權利要求1所述制備三維打印用球形粉末材料的方法，其特征在于：所述金屬 或合金粉末為鋁合金粉、不銹鋼粉、鈦合金粉、鎳基合金粉、鎢合金粉、鈷鉻合金粉、鎂合金 粉或銅粉，其粒徑< 100 μ m。
3. 根據權利要求1所述制備三維打印用球形粉末材料的方法，其特征在于：所述高能 球磨步驟球料比為5:1?10:1，球磨時間為6?24h，球磨轉速為800?1500r/min。
4. 根據權利要求1所述制備三維打印用球形粉末材料的方法，其特征在于：所述高能 球磨后還包括分級篩選步驟，若球磨后粉體粒徑符合要求，則進入射頻等離子體球化步驟， 反之返回球磨步驟。
5. 根據權利要求1所述制備三維打印用球形粉末材料的方法，其特征在于：射頻等離 子體球化步驟總氣流量100?200L/min，等離子體輸入功率50?100kW，系統出氣口負壓 為-lOOOPa ?-2000Pa，送粉量為 50 ?150g/min。
【文檔編號】B22F9/04GK104084592SQ201410362878
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權日:2014年7月28日
【發(fā)明者】王林志, 王國玉, 陳勇 申請人:中國科學院重慶綠色智能技術研究院