CN107189161A - 一种用于3d打印的金属复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于3D打印的金属复合材料，由以下原料按照重量份组成：硅藻土18‑30份、金属粉64‑75份、胶体液10‑18份、石墨烯粉末6‑14份、氯化钙粉末12‑20份、碳化硅18‑27份、分散剂3‑8份、废弃高密度聚乙烯45‑62份、植物纤维12‑24份、聚乳酸2‑6份、偶联剂0.5‑2份、增塑剂3‑7份和相容剂4‑8份。本发明还公布了该复合材料的制备方法。本发明通过废弃高密度聚乙烯、植物纤维、石墨烯粉末和改性硅藻土形成的具有多孔结构的基体，金属粉和碳化硅镶嵌在多孔结构中，再利用相容剂和偶联剂使得基体和镶嵌物的相容性和粘连性好，使得人们可以利用该复合材料制作金属制品。

Description

一种用于3D打印的金属复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及3D打印制造领域，具体是一种用于3D打印的金属复合材料。
背景技术
3D打印又被称作“快速成型技术”，它通过一层一层铺叠打印材料方式来实现三维物体的制造。3D打印技术源自于100多年前的照相雕塑和地貌成型技术，上世纪80年代形成雏形，随着近30年的发展，3D打印技术突飞猛进。目前主流3D打印技术主要有熔融沉积快速成型，光固化成型、粉末粘结成型等几种。随着3D打印技术的不断进步和成熟，它在航空航天、生物医药、建筑等领域的应用逐步拓宽，其方便快捷、能够提高材料利用率等优势不断显现，与传统制造的结合也更加紧密，不断推动传统制造业的转型升级。3D打印制造技术的出现，完全改变了传统制造工艺，其优势在于能快速更改设计差错、提高生产效率、降低开发成本。相较于传统的模具开发，以及锻造、铸造等复杂的工艺，简化了中间环节，从而减少了人力与物力的消耗，缩短开发周期。相对于目前国内零部件45天以上的开发周期，3D打印技术依据零部件的复杂程度，只需要1-7天的开发周期，并且在复杂零部件的制造方面具有突出优势。
3D打印技术本身并不复杂，但可用的耗材是个难点，现代的3D打印技术多使用ABS树脂、人造橡胶、塑料、沙子、铸蜡和聚酯热塑性塑料等，这种打印材料不能制作金属制品，这就为人们的使用带来了不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于3D打印的金属复合材料，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于3D打印的金属复合材料，由以下原料按照重量份组成：硅藻土18-30份、金属粉64-75份、胶体液10-18份、石墨烯粉末6-14份、氯化钙粉末12-20份、碳化硅18-27份、分散剂3-8份、废弃高密度聚乙烯45-62份、植物纤维12-24份、聚乳酸2-6份、偶联剂0.5-2份、增塑剂3-7份和相容剂4-8份。
作为本发明进一步的方案：金属粉采用直径为25-60nm的不锈钢粉、铝粉、镍粉、铜粉、锌粉、银粉和钛粉中的一种或者几种的混合物，植物纤维采用植物茎叶、植物秸秆或者植物果实。
作为本发明进一步的方案：胶体液采用海藻胶液、石花胶液、柏树胶液和糊精胶液的一种或者几种的混合物。
所述用于3D打印的金属复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将硅藻土在450-520摄氏度煅烧15-30分钟，然后浸泡在浓度为0.2-0.4mol/L的氢氧化钠溶液中5-10分钟，再用去离子水洗至中性，即可得到改性硅藻土；
步骤二，将金属粉和胶体液在搅拌釜中搅拌直至金属粉完全分散悬浮在胶体液中，得到第一混合溶液；
步骤三，将废弃高密度聚乙烯、植物纤维、石墨烯粉末、分散剂和碳化硅放入研磨机中研磨，再进行过筛，得到120-180目的第一混合粉末，再将第一混合粉末在45-52摄氏度下干燥10-12小时，得到干燥后的第一混合粉末，再将第一混合粉末与聚乳酸、增塑剂和相容剂加入到搅拌机中，再在搅拌速度为30-60rpm下搅拌混合5-10分钟，得到第二混合物；
步骤四，将改性硅藻土、第一混合溶液、第二混合物、氯化钙粉末和偶联剂放入搅拌釜中，搅拌釜在真空压力为0.2-0.4MPa和3600-4800rpm的转速搅拌45-70分钟，得到第三混合物；
步骤五，将第三混合物加入到造粒机中进行造粒，得到原料颗粒。
作为本发明进一步的方案：步骤二中的搅拌速度为45-90rpm，造粒机的温度为100-135摄氏度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明原料来源广泛，制备工艺简单，适合规模化生产，通过废弃高密度聚乙烯、植物纤维、石墨烯粉末和改性硅藻土形成的具有多孔结构的基体，金属粉和碳化硅镶嵌在多孔结构中，再利用相容剂和偶联剂使得基体和镶嵌物的相容性和粘连性好，使得人们可以利用该复合材料制作金属制品。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种用于3D打印的金属复合材料，由以下原料按照重量份组成：硅藻土18份、金属粉64份、胶体液10份、石墨烯粉末6份、氯化钙粉末12份、碳化硅18份、分散剂3份、废弃高密度聚乙烯45份、植物纤维12份、聚乳酸2份、偶联剂0.5份、增塑剂3份和相容剂4份。金属粉采用直径为25nm的不锈钢粉、铜粉、锌粉和钛粉的混合物，植物纤维采用植物茎叶。
所述用于3D打印的金属复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将硅藻土在450摄氏度煅烧15分钟，然后浸泡在浓度为0.2mol/L的氢氧化钠溶液中5分钟，再用去离子水洗至中性，即可得到改性硅藻土；
步骤二，将金属粉和胶体液在搅拌釜中搅拌直至金属粉完全分散悬浮在胶体液中，得到第一混合溶液；
步骤三，将废弃高密度聚乙烯、植物纤维、石墨烯粉末、分散剂和碳化硅放入研磨机中研磨，再进行过筛，得到120目的第一混合粉末，再将第一混合粉末在45摄氏度下干燥10小时，得到干燥后的第一混合粉末，再将第一混合粉末与聚乳酸、增塑剂和相容剂加入到搅拌机中，再在搅拌速度为30rpm下搅拌混合5分钟，得到第二混合物；
步骤四，将改性硅藻土、第一混合溶液、第二混合物、氯化钙粉末和偶联剂放入搅拌釜中，搅拌釜在真空压力为0.2MPa和3600rpm的转速搅拌45分钟，得到第三混合物；
步骤五，将第三混合物加入到造粒机中进行造粒，得到原料颗粒。
实施例2
一种用于3D打印的金属复合材料，由以下原料按照重量份组成：硅藻土22份、金属粉69份、胶体液14份、石墨烯粉末10份、氯化钙粉末15份、碳化硅23份、分散剂5份、废弃高密度聚乙烯54份、植物纤维18份、聚乳酸4份、偶联剂1.5份、增塑剂5份和相容剂6份。胶体液采用石花胶液和糊精胶液的混合物。
所述用于3D打印的金属复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将硅藻土在480摄氏度煅烧21分钟，然后浸泡在浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液中8分钟，再用去离子水洗至中性，即可得到改性硅藻土；
步骤二，将金属粉和胶体液在60rpm的搅拌釜中搅拌直至金属粉完全分散悬浮在胶体液中，得到第一混合溶液；
步骤三，将废弃高密度聚乙烯、植物纤维、石墨烯粉末、分散剂和碳化硅放入研磨机中研磨，再进行过筛，得到150目的第一混合粉末，再将第一混合粉末在50摄氏度下干燥11小时，得到干燥后的第一混合粉末，再将第一混合粉末与聚乳酸、增塑剂和相容剂加入到搅拌机中，再在搅拌速度为45rpm下搅拌混合7分钟，得到第二混合物；
步骤四，将改性硅藻土、第一混合溶液、第二混合物、氯化钙粉末和偶联剂放入搅拌釜中，搅拌釜在真空压力为0.3MPa和4200rpm的转速搅拌60分钟，得到第三混合物；
步骤五，将第三混合物加入到温度为110摄氏度的造粒机中进行造粒，得到原料颗粒。
实施例3
一种用于3D打印的金属复合材料，由以下原料按照重量份组成：硅藻土28份、金属粉73份、胶体液17份、石墨烯粉末13份、氯化钙粉末19份、碳化硅27份、分散剂8份、废弃高密度聚乙烯60份、植物纤维22份、聚乳酸6份、偶联剂2份、增塑剂7份和相容剂8份。金属粉采用直径为42nm的不锈钢粉、铝粉、镍粉、铜粉、锌粉、银粉和钛粉的混合物，植物纤维采用植物秸秆。胶体液采用海藻胶液、石花胶液、柏树胶液和糊精胶液的混合物。
所述用于3D打印的金属复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将硅藻土在510摄氏度煅烧26分钟，然后浸泡在浓度为0.4mol/L的氢氧化钠溶液中10分钟，再用去离子水洗至中性，即可得到改性硅藻土；
步骤二，将金属粉和胶体液在80rpm转速的搅拌釜中搅拌直至金属粉完全分散悬浮在胶体液中，得到第一混合溶液；
步骤三，将废弃高密度聚乙烯、植物纤维、石墨烯粉末、分散剂和碳化硅放入研磨机中研磨，再进行过筛，得到160目的第一混合粉末，再将第一混合粉末在52摄氏度下干燥10小时，得到干燥后的第一混合粉末，再将第一混合粉末与聚乳酸、增塑剂和相容剂加入到搅拌机中，再在搅拌速度为50rpm下搅拌混合8分钟，得到第二混合物；
步骤四，将改性硅藻土、第一混合溶液、第二混合物、氯化钙粉末和偶联剂放入搅拌釜中，搅拌釜在真空压力为0.4MPa和4500rpm的转速搅拌60分钟，得到第三混合物；
步骤五，将第三混合物加入到温度为120摄氏度的造粒机中进行造粒，得到原料颗粒。
废弃高密度聚乙烯、植物纤维、石墨烯粉末和改性硅藻土形成的基体具有多孔结构，金属粉和碳化硅镶嵌在多孔结构中，再利用相容剂和偶联剂使得基体和镶嵌物的相容性和粘连性好，使得人们可以利用该复合材料制作金属制品。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种用于3D打印的金属复合材料，其特征在于，由以下原料按照重量份组成：硅藻土18-30份、金属粉64-75份、胶体液10-18份、石墨烯粉末6-14份、氯化钙粉末12-20份、碳化硅18-27份、分散剂3-8份、废弃高密度聚乙烯45-62份、植物纤维12-24份、聚乳酸2-6份、偶联剂0.5-2份、增塑剂3-7份和相容剂4-8份。
2.根据权利要求1所述的用于3D打印的金属复合材料，其特征在于，所述金属粉采用直径为25-60nm的不锈钢粉、铝粉、镍粉、铜粉、锌粉、银粉和钛粉中的一种或者几种的混合物，植物纤维采用植物茎叶、植物秸秆或者植物果实。
3.根据权利要求1或2所述的用于3D打印的金属复合材料，其特征在于，所述胶体液采用海藻胶液、石花胶液、柏树胶液和糊精胶液的一种或者几种的混合物。
4.一种如权利要求1-3任一所述的用于3D打印的金属复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，将硅藻土在450-520摄氏度煅烧15-30分钟，然后浸泡在浓度为0.2-0.4mol/L的氢氧化钠溶液中5-10分钟，再用去离子水洗至中性，即可得到改性硅藻土；
步骤二，将金属粉和胶体液在搅拌釜中搅拌直至金属粉完全分散悬浮在胶体液中，得到第一混合溶液；
步骤三，将废弃高密度聚乙烯、植物纤维、石墨烯粉末、分散剂和碳化硅放入研磨机中研磨，再进行过筛，得到120-180目的第一混合粉末，再将第一混合粉末在45-52摄氏度下干燥10-12小时，得到干燥后的第一混合粉末，再将第一混合粉末与聚乳酸、增塑剂和相容剂加入到搅拌机中，再在搅拌速度为30-60rpm下搅拌混合5-10分钟，得到第二混合物；
步骤四，将改性硅藻土、第一混合溶液、第二混合物、氯化钙粉末和偶联剂放入搅拌釜中，搅拌釜在真空压力为0.2-0.4MPa和3600-4800rpm的转速搅拌45-70分钟，得到第三混合物；
步骤五，将第三混合物加入到造粒机中进行造粒，得到原料颗粒。
5.根据权利要求4所述的用于3D打印的金属复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的搅拌速度为45-90rpm，造粒机的温度为100-135摄氏度。
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