CN105256160B - 一种陶瓷基镍合金复合材料的3d打印方法 - Google Patents
一种陶瓷基镍合金复合材料的3d打印方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105256160B CN105256160B CN201510714686.5A CN201510714686A CN105256160B CN 105256160 B CN105256160 B CN 105256160B CN 201510714686 A CN201510714686 A CN 201510714686A CN 105256160 B CN105256160 B CN 105256160B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- printing
- printing method
- nickel alloy
- alloy composite
- ceramic base
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 7
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 229910001182 Mo alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 239000003462 bioceramic Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 229940127554 medical product Drugs 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Abstract
一种陶瓷基镍合金复合材料的3D打印方法，其特征在于：将按比例混合均匀的ZrO2陶瓷粉体和Ni基合金粉末置于金属3D打印工作室内，在功率100~400W，扫描速度200~600mm/s，光斑直径30~60μm，扫描间距40~70μm，工作室氧浓度＜50ppm条件下打印，将3D打印得到的制件在N2气保护和温度800~890℃下退火，时间8~12h。本发明打印的制件材料与人体生物相溶性好，组织致密可控，力学性能适配，具有优良的耐蚀抗磨损性能，生产周期短，制作成本低，通过改变Ni60合金在基体材料中的比例，可以调整成形制件的整体强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷基镍合金复合材料的3D打印方法，属于金属选区激光熔化技术领域。
背景技术
3D打印技术是一种实体快速成型制造技术，它采用离散--堆积原理，综合了计算机图形处理、数字化信息和控制、光机电技术和材料技术等多项技术的优势，通过逐层不同图形的积累，最终形成一个三维物体。直接制造金属零件以及部件，甚至是组装好的功能性金属制件产品，无疑是3D打印体系中最为前沿、最具应用潜力的技术。目前，可用于直接制造金属功能零件的快速成型方法主要有：选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）、电子束选区熔化（Electron Beam Selective Melting，EBSM）、激光近净成形（LaserEngineered Net Shaping，LENS）等。
生物医用制品及器件是金属3D打印技术的重要应用领域。研究表明，Ti合金（Ti-6Al-4V等）和Ni合金都具有良好的生物相容性。国外研究人员采用SLM工艺制备出梯度化Ti-6Al-4V合金多孔牙科种植体，通过显微组织分析，机械性能分析和表面处理，种植体与人体组织具有良好的相容性。而且也制备出Ti-6Al-4V合金和Co-Cr-Mo合金的多孔植入体，孔隙率最高达到70%，满足了植入体的力学性能与生物体的选配。然而，Ti合金和Ni合金虽然具有良好的生物相容性，但不具备生物活性。在现有技术中，还没有尝试采用3D打印技术制备以生物陶瓷为基与具有良好生物相容性的金属Ni合金成型的复合材料牙科制件。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种具有优良生物相容性和生物活性的陶瓷基Ni合金复合材料的3D打印方法。
本发明是通过以下方案实现的：将按比例混合均匀的ZrO2陶瓷粉体和Ni基合金粉末置于金属3D打印工作室内，在功率100~400W，扫描速度200~600mm/s，光斑直径30~60μm，扫描间距40~70μm，工作室氧浓度＜50ppm条件下打印，按照预定的打印程序，完成三维模型的每一分层截面打印后，工作平台沿Z向下降一个层厚，再进行下一分层截面的打印，重复上述过程，得到制件；将3D打印得到的制件在N2气保护和温度800~890℃下退火，时间8~12h，退火处理后的3D打印制件组织致密、强度高、耐蚀性好，可直接应用于临床。
所述三维模型的每一分层截面的厚度为20μm。
本发明的3D打印原料由体积百分为65~90%的ZrO2陶瓷粉体和10~35%的Ni基合金粉末组成。
本发明的ZrO2陶瓷粉体是市售的经过相变增韧的TZP陶瓷，具有高强度、高韧性和优异耐磨性和隔热性能，粉体粒度10~20μm。
本发明的Ni基合金粉末为Ni60，粒度10~30μm，是一种自熔性的粘接金属，在高温下，Ni基合金粉末可与ZrO2陶瓷粉体形成较好的浸润与连接，提高了复合材料制件的强度。
本发明与现有技术相比的优点是：利用陶瓷基金属粉体材料直接3D打印出牙科种植体，个性化制备效率高，制件材料与人体生物相溶性好，组织致密可控，力学性能适配，具有优良的耐蚀抗磨损性能，生产周期短，制作成本低，通过改变Ni60合金在基体材料中的比例，可以调整成形制件的整体强度。
具体实施方式
实施例1
按体积百分85%和15%分别量取ZrO2陶瓷粉体和Ni基合金粉末，在混料机中搅拌混合均匀，放置到3D打印工作室。
利用计算机建立三维实体模型，设置沿Z向生成每层厚度为20μm的层状模型和各层扫描路径程序。
3D打印的工艺参数：功率150W，扫描速度600mm/s，光斑直径60μm，扫描间距70μm，工作室氧浓度＜50ppm。
启动打印程序，激光光斑按照预置的扫描路径完成第一分层截面图形打印，工作台沿Z轴下降20μm，开始第二分层截面图形打印，上述过程循环进行，得到制件。
将打印出的制件移到加热炉中，炉内有N2气体保护，温度850℃，退火处理时间8h，完成制件的制备。
实施例2
按体积百分70%和30%分别量取ZrO2陶瓷粉体和Ni基合金粉末，在混料机中搅拌混合均匀，放置到3D打印工作室。
利用计算机建立三维实体模型，设置沿Z向生成每层厚度为20μm的层状模型和各层扫描路径程序。
3D打印的工艺参数：功率100W，扫描速度600mm/s，光斑直径60μm，扫描间距70μm，工作室氧浓度＜50ppm。
启动打印程序，激光光斑按照预置的扫描路径完成第一分层截面图形打印，工作台沿Z轴下降20μm，开始第二分层截面图形打印，上述过程循环进行，得到制件。
将打印出的制件移到加热炉中，炉内有N2气体保护，温度850℃，退火处理时间12h，完成制件的制备。
实施例3
按体积百分70%和30%分别量取ZrO2陶瓷粉体和Ni基合金粉末，在混料机中搅拌混合均匀，放置到3D打印工作室。
利用计算机建立三维实体模型，设置沿Z向生成每层厚度为20μm的层状模型和各层扫描路径程序。
3D打印的工艺参数：功率100W，扫描速度450mm/s，光斑直径60μm，扫描间距55μm，工作室氧浓度＜50ppm。
启动打印程序，激光光斑按照预置的扫描路径完成第一分层截面图形打印，工作台沿Z轴下降20μm，开始第二分层截面图形打印，上述过程循环进行，得到制件。
将打印出的制件移到加热炉中，炉内有N2气体保护，温度850℃，退火处理时间12h，完成制件的制备。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述所公开的实施例的其它变化，对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
Claims (5)
1.一种陶瓷基镍合金复合材料的3D打印方法，其特征在于：将按比例混合均匀的ZrO2陶瓷粉体和Ni基合金粉末置于金属3D打印工作室内，在功率100~400W，扫描速度200~600mm/s，光斑直径30~60μm，扫描间距40~70μm，工作室氧浓度＜50ppm条件下打印，按照预定的打印程序，完成三维模型的每一分层截面打印后，工作平台沿Z向下降一个层厚，再进行下一分层截面的打印，重复上述过程，得到制件；将3D打印得到的制件在N2气保护和温度800~890℃下退火，时间8~12h。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基镍合金复合材料的3D打印方法，其特征在于：所述的ZrO2陶瓷粉体和Ni基合金粉末的体积百分为65~90%和10~35%。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷基镍合金复合材料的3D打印方法，其特征在于：所述的ZrO2陶瓷粉体的粒度为10~20μm。
4.根据权利要求1或2所述的陶瓷基镍合金复合材料的3D打印方法，其特征在于：所述的Ni基合金粉末的粒度为10~30μm。
5.根据权利要求1所述的陶瓷基镍合金复合材料的3D打印方法，其特征在于：所述三维模型的每一分层截面的厚度为20μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510714686.5A CN105256160B (zh) | 2015-10-29 | 2015-10-29 | 一种陶瓷基镍合金复合材料的3d打印方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510714686.5A CN105256160B (zh) | 2015-10-29 | 2015-10-29 | 一种陶瓷基镍合金复合材料的3d打印方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105256160A CN105256160A (zh) | 2016-01-20 |
| CN105256160B true CN105256160B (zh) | 2018-02-16 |
Family
ID=55096085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510714686.5A Active CN105256160B (zh) | 2015-10-29 | 2015-10-29 | 一种陶瓷基镍合金复合材料的3d打印方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105256160B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105728722A (zh) * | 2016-03-08 | 2016-07-06 | 广州有色金属研究院 | 一种陶瓷钛合金复合材料生物植入制件的3d打印方法 |
| CN105881695A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-24 | 东莞劲胜精密组件股份有限公司 | 一种二氧化锆粉料的3d打印方法、设备及粘结剂喷射装置 |
| CN106312048A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-01-11 | 广东工业大学 | 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用 |
| CN109396429B (zh) * | 2017-08-17 | 2021-03-26 | 中国科学院金属研究所 | 一种改善激光增材制造合金结构钢组织和力学性能方法 |
| CN109083955B (zh) * | 2018-08-28 | 2021-02-09 | 四川中物红宇科技有限公司 | 一种用于板簧支架的槽内合金材料及板簧支架 |
| CN115138865A (zh) * | 2021-03-31 | 2022-10-04 | 广东汉邦激光科技有限公司 | 陶瓷体复合材料工件及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1296321C (zh) * | 2003-12-15 | 2007-01-24 | 中国科学院金属研究所 | 陶瓷粉体或陶瓷基复合粉体烧结方法 |
| CN100404174C (zh) * | 2006-01-24 | 2008-07-23 | 华中科技大学 | 一种快速制造功能梯度材料的制备方法 |
| CN104646669A (zh) * | 2013-11-25 | 2015-05-27 | 广州中国科学院先进技术研究所 | 生物医用多孔纯钛植入材料及其制备方法 |
| CN103639411B (zh) * | 2013-12-25 | 2015-05-27 | 湖南华曙高科技有限责任公司 | 一种用于逐层制造三维物体的扫描方法 |
| CN104745887A (zh) * | 2015-03-17 | 2015-07-01 | 江苏思莱姆智能科技有限公司 | 纳米陶瓷颗粒增强镍基高温合金复合材料及其激光3d打印成形方法 |
-
2015
- 2015-10-29 CN CN201510714686.5A patent/CN105256160B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105256160A (zh) | 2016-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105256160B (zh) | 一种陶瓷基镍合金复合材料的3d打印方法 | |
| Liu et al. | Selective laser sintering of bio-metal scaffold | |
| CN107130138B (zh) | 医用高耐磨钛合金复合材料及3d打印梯度原位纳米复相减磨医用钛合金的方法 | |
| CN105268977B (zh) | 一种钛合金人造生物关节的快速制造方法 | |
| CN106312060B (zh) | 一种高性能低模量医用钛合金三维金属零件的制备方法 | |
| CN107805066B (zh) | 基于激光选区烧结的生物陶瓷零件的加工方法 | |
| CN104646669A (zh) | 生物医用多孔纯钛植入材料及其制备方法 | |
| CN105648270B (zh) | 一种3d打印制备的稀土钛合金材料 | |
| CN105728722A (zh) | 一种陶瓷钛合金复合材料生物植入制件的3d打印方法 | |
| CN105522151B (zh) | 一种3d打印医用钛合金材料的方法 | |
| CN105522152B (zh) | 一种3d打印稀土钛合金材料的方法 | |
| CN110037813B (zh) | 一种钛基氧化锆复合材料医疗植入体及其3d打印制备方法 | |
| JP2011052289A (ja) | チタン合金製インプラントの製造方法 | |
| CN105603255B (zh) | 一种3d打印制备医用钛合金材料 | |
| Dzhendov et al. | Application of selective laser melting in manufacturing of fixed dental prostheses | |
| Qian et al. | Fabrication of Ti/HA composite and functionally graded implant by three-dimensional printing | |
| CN105397087A (zh) | Tc4钛合金镂空人造骨的选区激光熔化成形方法 | |
| CN108273126A (zh) | 一种径向梯度医用复合材料的制备方法 | |
| CN109620475A (zh) | 一种基于ct数据个体化多孔钛合金胫骨植入体制备方法 | |
| CN105797206B (zh) | 一种生物医用复合植入材料及其制备方法 | |
| CN107049538A (zh) | 一种义齿slm 3d打印方法 | |
| Myszka et al. | Comparison of dental prostheses cast and sintered by SLM from Co-Cr-Mo-W alloy | |
| CN111921015A (zh) | 一种等离子体仿生植入材料及其制备方法 | |
| Wang et al. | Recent progress in additive manufacturing of ceramic dental restorations | |
| CN110478071A (zh) | 一种义齿及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20171225 Address after: 510651 Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, No. 363, No. Applicant after: Guangdong Institute Of Materials And Processing Address before: 510651 Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, No. 363, No. Applicant before: GUANGZHOU Research Institute OF NON FERROUS METALS |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 510651 No. 363, Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, Tianhe District Patentee after: Institute of materials and processing, Guangdong Academy of Sciences Address before: 510651 No. 363, Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, Tianhe District Patentee before: Guangdong Institute Of Materials And Processing |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230407 Address after: 510651 No. 363, Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, Tianhe District Patentee after: Institute of new materials, Guangdong Academy of Sciences Address before: 510651 No. 363, Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, Tianhe District Patentee before: Institute of materials and processing, Guangdong Academy of Sciences |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240301 Address after: 528400 No. 23 Tongji Road, Nantou Town, Zhongshan City, Guangdong province (the first and second tier 1 of the first phase of Acer industrial city) Patentee after: GUANGDONG HANBANG3D TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 510651 No. 363, Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, Tianhe District Patentee before: Institute of new materials, Guangdong Academy of Sciences Country or region before: China |