CN108339979B - 一种通过3d打印制备立体网状空间结构复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过3D打印制备立体网状空间结构复合材料的方法，属于3D打印技术领域。将陶瓷粉体和金属粉球磨得到陶瓷金属复合粉；利用绘图软件绘制所需空间结构的立体模型，然后导入分层软件中进行分层，根据打印的材料确定3D打印的加工参数，形成运行轨迹代码，将得到的陶瓷金属复合粉运用同轴送粉3D打印进行逐层打印形成立体网状空间金属基复合材料预制体；将装有纯金属粉的同轴送粉3D打印机在得到的立体网状空间金属基复合材料预制体中网状空间部分进行打印制备得到立体网状空间结构复合材料。本方法将复合材料和3D打印技术相结合，使工艺操作简单，制备出空间结构精确，无需后续加工，克服了传统铸造方法后续表面机加工困难的问题。

Description

一种通过3D打印制备立体网状空间结构复合材料的方法
技术领域
本发明涉及一种通过3D打印制备立体网状空间结构复合材料的方法，属于3D打印技术领域。
背景技术
由于金属材料具有韧性好、抗冲击性能好的优点，而陶瓷粉体硬度高、耐磨性好，陶瓷颗增强金属基复合材料因陶瓷粉体具有高硬度高耐磨性、基体金属具有良好的韧性，因此金属基复合材料优异的高温性能、抗磨损性，逐渐在高温结构材料，耐磨材料、模具材料等领域获得应用。近年来，陶瓷粉体（p）增强钢铁基复合材料（MMCs）逐渐应用于工业领域。
随着科学技术日新月异的发展，2012年英国著名杂志《经济学人》制作专题并指出，全球工业正在经历第三次工业革命。而3D打印技术被作为“第三次工业革命的重要标志”，因为其是具有前沿性、先导性的新兴技术。目前，市场上3D打印快速成形技术使用的方法有很多种，比较主流的方法包括光固化立体成形SLA、分层实体制造 LOM、选择性激光烧结SLS、熔积成形FDM、激光选区熔融SLM等。
中国发明申请专利CN101585081A将WC颗粒与粘结剂制成膏状，填充在模具中形成蜂窝状预制体，然后浇注钢液。该发明只能制备柱状陶瓷预制体增强的金属基复合材料，无法制备具有复杂空间结构的陶瓷粉体预制体增强金属基复合材料。
中国发明申请专利CN104874768A运用3D打印制备出空间塑料模型，然后将陶瓷可以和粘结剂灌注在塑料模型的结构空隙中，然后干燥和烧掉塑料模型，最后用铸造技术制备出空间结构金属基复合材料。该发明制作工艺十分复杂，由于灌注过程中的压力很难把握，烧结过程陶瓷粉体容易塌陷或者影响后期复合材料的复合深度，使空间结构分布不均，形成的复合材料表面粗糙，机械加工困难。
将复合材料和3D打印相结合的技术，3D打印技术方便制备复杂立体空间结构，工艺操作简单。空间复合材料，减少裂纹的扩展，提高成型件性能。两种技术结合空间设计无限，性能优异，有助于复合材料和3D打印行业的发展。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种通过3D打印制备立体网状空间结构复合材料的方法。本方法将复合材料和3D打印技术相结合，使工艺操作简单，制备出空间结构精确，无需后续加工，克服了传统铸造方法后续表面机加工困难的问题。本发明通过以下技术方案实现。
一种通过3D打印制备立体网状空间结构复合材料的方法，其具体步骤如下：
步骤1、将陶瓷粉体和金属粉按照体积比为15～50：100进行球磨混合30～90min，再静置8h得到陶瓷金属复合粉；
步骤2、利用绘图软件绘制所需空间结构的立体模型，然后导入分层软件中进行分层，根据打印的材料确定3D打印的加工参数，形成运行轨迹代码，将步骤1得到的陶瓷金属复合粉运用同轴送粉3D打印进行逐层打印形成立体网状空间金属基复合材料预制体；
步骤3、将装有纯金属粉的同轴送粉3D打印机在步骤2得到的立体网状空间金属基复合材料预制体中网状空间部分进行打印制备得到立体网状空间结构复合材料。
所述步骤1中陶瓷粉体为ZTA、Al2O3、TiC、VC、NbC、WC、TiN、SiC中的一种或几种任意比例混合陶瓷粉体，陶瓷粉体粒度为1000～1200目。
所述步骤1中金属粉为铝合金粉、镁合金粉、铜合金粉或钢粉，目数为600目。
所述步骤2中空间结构为球体堆砌、圆柱体堆砌、正六面体堆砌或螺旋结构。
所述步骤3中纯金属粉为纯金属粉为铝合金粉、镁合金粉、铜合金粉或钢粉，目数为600目。
所述步骤2中空间结构复杂时，先将金属粉末采用3D打印出支撑，然后再将步骤1得到的陶瓷金属复合粉运用同轴送粉3D打印进行逐层打印形成立体网状空间金属基复合材料预制体；最后外力去除支撑，继续进行步骤3过程。
本发明的有益效果是：利用3D打印技术制备复杂空间结构复合材料，工艺过程简单，能精确控制空间结构参数，制备空间结构预制体方法简便且成功率高，同时复合材料组织细小致密，界面结合良好，综合力学性能优异。
附图说明
图1是本发明3D打印制备空间复合材料过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，该通过3D打印制备立体网状空间结构复合材料的方法，其具体步骤如下：
步骤1、将陶瓷粉体和金属粉按照体积比为15：100进行球磨混合30min，再静置8h得到陶瓷金属复合粉；其中陶瓷粉体为ZTA，陶瓷粉体粒度为1200目，金属粉为高锰钢粉，目数为600目；
步骤2、利用proe绘图软件绘制所需空间结构的立体模型（空间结构为圆柱体堆砌，如图1中第一个图形所示），然后导入分层软件中进行分层，根据打印的材料确定3D打印的加工参数，形成运行轨迹代码，先将高锰钢粉末采用3D打印出10mm支撑，将步骤1得到的陶瓷金属复合粉运用同轴送粉3D打印进行逐层打印形成立体网状空间金属基复合材料预制体；然后外力去除支撑；
步骤3、将装有纯金属粉（纯金属粉为高锰钢粉，目数为600目）的同轴送粉3D打印机在步骤2得到的立体网状空间金属基复合材料预制体中网状空间部分进行打印制备得到立体网状空间结构复合材料。
实施例2
该通过3D打印制备立体网状空间结构复合材料的方法，其具体步骤如下：
步骤1、将陶瓷粉体和金属粉按照体积比为50：100进行球磨混合90min，再静置8h得到陶瓷金属复合粉；其中陶瓷粉体为质量比为1:1的TiC和VC混合陶瓷粉体，陶瓷粉体粒度为1000目，金属粉为铝合金粉，目数为600目；
步骤2、利用proe绘图软件绘制所需空间结构的立体模型（空间结构为球体堆砌），然后导入分层软件中进行分层，根据打印的材料确定3D打印的加工参数，形成运行轨迹代码，先将铝合金粉末采用3D打印出10mm支撑，将步骤1得到的陶瓷金属复合粉运用同轴送粉3D打印进行逐层打印形成立体网状空间金属基复合材料预制体；然后外力去除支撑；
步骤3、将装有纯金属粉（纯金属粉为铝合金粉，目数为600目）的同轴送粉3D打印机在步骤2得到的立体网状空间金属基复合材料预制体中网状空间部分进行打印制备得到立体网状空间结构复合材料。
实施例3
该通过3D打印制备立体网状空间结构复合材料的方法，其具体步骤如下：
步骤1、将陶瓷粉体和金属粉按照体积比为30：100进行球磨混合60min，再静置8h得到陶瓷金属复合粉；其中陶瓷粉体为质量比为1:1:1的WC、TiN和SiC混合陶瓷粉体，陶瓷粉体粒度为1100目，金属粉为镁合金粉，目数为600目；
步骤2、利用proe绘图软件绘制所需空间结构的立体模型（空间结构为螺旋结构），然后导入分层软件中进行分层，根据打印的材料确定3D打印的加工参数，形成运行轨迹代码，先将铝合金粉末采用3D打印出10mm支撑，将步骤1得到的陶瓷金属复合粉运用同轴送粉3D打印进行逐层打印形成立体网状空间金属基复合材料预制体；然后外力去除支撑；
步骤3、将装有纯金属粉（纯金属粉为镁合金粉，目数为600目）的同轴送粉3D打印机在步骤2得到的立体网状空间金属基复合材料预制体中网状空间部分进行打印制备得到立体网状空间结构复合材料。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种通过3D打印制备立体网状空间结构复合材料的方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤1、将陶瓷粉体和金属粉按照体积比为15～50：100进行球磨混合30～90min，再静置8h得到陶瓷金属复合粉；
步骤2、利用绘图软件绘制所需空间结构的立体模型，然后导入分层软件中进行分层，根据打印的材料确定3D打印的加工参数，形成运行轨迹代码，将步骤1得到的陶瓷金属复合粉运用同轴送粉3D打印进行逐层打印形成立体网状空间金属基复合材料预制体；
步骤3、将装有纯金属粉的同轴送粉3D打印机在步骤2得到的立体网状空间金属基复合材料预制体中网状空间部分进行打印制备得到立体网状空间结构复合材料。
2.根据权利要求1所述的通过3D打印制备立体网状空间结构复合材料的方法，其特征在于：所述步骤1中陶瓷粉体为ZTA、Al2O3、TiC、VC、NbC、WC、TiN、SiC中的一种或几种任意比例混合陶瓷粉体，陶瓷粉体粒度为1000～1200目。
3.根据权利要求1所述的通过3D打印制备立体网状空间结构复合材料的方法，其特征在于：所述步骤1中金属粉为铝合金粉、镁合金粉、铜合金粉或钢粉，目数为600目。
4.根据权利要求1所述的通过3D打印制备立体网状空间结构复合材料的方法，其特征在于：所述步骤2中空间结构为球体堆砌、圆柱体堆砌、正六面体堆砌或螺旋结构。
5.根据权利要求1所述的通过3D打印制备立体网状空间结构复合材料的方法，其特征在于：所述步骤3中纯金属粉为铝合金粉、镁合金粉、铜合金粉或钢粉，目数为600目。
6.根据权利要求1至4任一所述的通过3D打印制备立体网状空间结构复合材料的方法，其特征在于：所述步骤2中空间结构复杂时，先将金属粉末采用3D打印出支撑，然后再将步骤1得到的陶瓷金属复合粉运用同轴送粉3D打印进行逐层打印形成立体网状空间金属基复合材料预制体；最后外力去除支撑，继续进行步骤3过程。
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