CN109622969A - 一种光固化金属打印方法 - Google Patents

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任淑彬
陈刚
章林
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Abstract

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种光固化金属打印方法，将金属粉末与光敏胶黏剂混合并搅拌制成金属粉末浆料，将金属粉末浆料铺设在工作台上，使用刮刀控制金属粉末浆料的厚度，用光源照射金属粉末浆料，使光敏胶黏剂固化，重复金属粉末浆料的铺设和照射步骤0‑n次，得到金属粉末坯体，对金属粉末坯体进行清理和烧结使其脱脂致密化，制备得到金属零部件；其原理科学可靠，制作过程简单，降低了时间成本，提高了固化精度和打印速度，拓宽了光固化技术的应用领域。

Description

一种光固化金属打印方法
技术领域：
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种光固化金属打印方法，对采用光固化技术得到的金属粉末坯体进行烧结致密化快速得到金属零部件。
背景技术：
增材制造(Additive Manufacturing，AM)俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除－切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，从无到有。这使得过去受到传统制造方式的约束，而无法实现的复杂结构件制造变为可能。近二十年来，AM技术取得了快速的发展，“快速原型制造(Rapid Prototyping)”、“三维打印(3D Printing)”、“实体自由制造(Solid Free-formFabrication)”之类各异的叫法分别从不同侧面表达了这一技术的特点。增材制造技术是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。基于不同的分类原则和理解方式，增材制造技术还有快速原型、快速成形、快速制造、3D打印等多种称谓，其内涵仍在不断深化，外延也不断扩展，这里所说的“增材制造”与“快速成形”、“快速制造”意义相同。
由于金属增材制造技术与设备的高成本与较低的加工效率，一直得不到广大制造业的认可。近年来，由Desktop metal,Exone与惠普等企业开发的金属3DP技术得到了社会的广泛关注，其特点是利用喷头对金属粉层进行选区喷涂粘结剂，再通过热源固化粘结剂，最后烧结脱脂致密化。该技术一直存在精度低，喷头易堵塞等问题，尺寸精密度问题也一直没有彻底解决。
光固化(photocuring)是指单体、低聚体或聚合体基质在光诱导下的固化过程，具有高效、适应性广、经济、节能、环保的特点，一般用于成膜过程，光谱中能量最高的紫外光产生的活化能，能够使不饱和聚酯树脂的C—C键断裂，产生自由基从而使树脂固化；当不饱和聚酯树脂中加入光敏剂后，用紫外线或可见光作能源引发，能使树脂很快发生交联反应。将光固化引入金属增材制造能够解决上述问题，目前市场上已经出现了多种多样的光固化金属打印设备，例如，中国专利201621071804.1公开的一种光固化金属三维打印装置包括：控制装置；第一平台，所述第一平台接收所述控制装置输出的第一控制信号，所述第一平台可沿竖直方向移动，所述第一平台用于承载成像材料，所述成像材料包括液态光固化材料和金属粉末；刮板，所述刮板接收所述控制装置输出的第二控制信号，所述刮板可沿水平方向移动；第二平台，所述第二平台接收所述控制装置输出的第三控制信号，所述第二平台可沿竖直方向移动，所述刮板可将所述成像材料从所述第一平台输送至所述第二平台上；光发射装置，所述光发射装置接收所述控制装置输出的第四控制信号，所述光发射装置位于所述第二平台的上方，所述光发射装置朝向所述第二平台照射；中国专利201721907130.9公开的一种光固化成型纳米金属3D打印机的结构包括放置架、固定板、底座、控制面板、显示屏、显示灯、支撑杆、吸盘、保护罩、视窗、螺丝、输送管、顶盒、喷头装置，所述放置架与固定板的外表面相焊接，所述控制面板嵌入安装于底座的上表面，所述显示屏与显示灯在同一平面内，所述支撑杆焊接安装于吸盘的上表面，所述保护罩与视窗为一体化结构，所述螺丝与保护罩的上表面相贴合，所述输送管与保护罩的上表面相连接，所述顶盒与喷头装置在同一中心线上，所述喷头装置包括进料管、进气腔、罩壳、反应室、隔热板、加热器、窄管，所述进料管与进气腔在同一平面内，所述进料管嵌入安装于罩壳的内侧，所述反应室与窄管为一体化结构，所述隔热板与加热器的外表面相连接，所述隔热板与窄管的外表面相贴合，所述进气腔与罩壳的外表面相连接，所述罩壳与底座在同一中心线上。基于现有的光固化技术和金属打印设备研发一种光固化金属打印方法，提高固化精度和打印速度，拓宽光固化技术的应用领域，很有社会和经济价值。
发明内容：
本发明的发明目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种光固化金属打印方法，首先通过光固化技术使金属浆料形成金属粉末坯体，然后通过脱脂烧结对金属粉末坯体进行致密化处理，得到设定形状的金属零部件。
为了实现上述目的，本发明涉及的光固化金属打印方法的工艺过程为：按照1-5:1的质量比将金属粉末与光敏胶黏剂混合并搅拌制成金属粉末浆料，将金属粉末浆料铺设在工作台上，使用刮刀将金属粉末浆料的厚度控制在50-500微米，用光源照射金属粉末浆料0.5-5秒，使光敏胶黏剂固化，重复金属粉末浆料的铺设和照射步骤0-n(n为大于等于1的整数)次，得到金属粉末坯体，对金属粉末坯体进行清理和烧结使其脱脂致密化，制备得到金属零部件。
本发明涉及的金属粉末为不锈钢粉末、铁粉末或钛粉末；光源为扫描振镜控制的紫外光束或DLP(数字光处理技术)控制的光斑。
本发明与现有技术相比，首先将光敏胶黏剂与金属粉末配制成金属粉末浆料，然后逐层铺设和照射金属粉末浆料，使光敏胶黏剂固化，得到金属粉末坯体，最后对金属粉末坯体进行清理和烧结，使其脱脂致密化，得到金属零部件；其原理科学可靠，制作过程简单，降低了时间成本，提高了固化精度和打印速度，拓宽了光固化技术的应用领域。
附图说明：
图1为本发明实施例1涉及的金属粉末浆料的铺设状态示意图。
图2为本发明实施例1涉及的金属粉末浆料的照射状态示意图。
图3为本发明实施例1涉及的10层金属粉末浆料叠加制备得到的金属粉末坯体的结构原理示意图。
图4为本发明实施例1涉及的金属粉末坯体烧结状态示意图。
图5为本发明实施例1涉及的致密化金属零部件的示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1：
本实施例涉及的光固化金属打印方法的工艺过程为：按照3:1的质量比将不锈钢粉末与光敏胶黏剂混合并搅拌制成金属粉末浆料，将金属粉末浆料铺设在工作台上，使用刮刀将金属粉末浆料的厚度控制在200微米，用光源照射金属粉末浆料5秒，使光敏胶黏剂固化，重复金属粉末浆料的铺设和照射步骤9次，得到金属粉末坯体，对金属粉末坯体进行清理和烧结使其脱脂致密化，制备得到金属零部件。
实施例2：
本实施例涉及的光固化金属打印方法的工艺过程为：按照5:1的质量比将钛粉末与光敏胶黏剂混合并搅拌制成金属粉末浆料，将金属粉末浆料铺设在工作台上，使用刮刀将金属粉末浆料的厚度控制在100微米，用光源照射金属粉末浆料2秒，使光敏胶黏剂固化，重复金属粉末浆料的铺设和照射步骤n次，得到金属粉末坯体，对金属粉末坯体进行清理和烧结使其脱脂致密化，制备得到金属零部件。

Claims (2)

1.一种光固化金属打印方法，其特征在于工艺过程为：按照1-5:1的质量比将金属粉末与光敏胶黏剂混合并搅拌制成金属粉末浆料，将金属粉末浆料铺设在工作台上，使用刮刀将金属粉末浆料的厚度控制在50-500微米，用光源照射金属粉末浆料0.5-5秒，使光敏胶黏剂固化，重复金属粉末浆料的铺设和照射步骤0-n次，得到金属粉末坯体，对金属粉末坯体进行清理和烧结使其脱脂致密化，制备得到金属零部件。
2.根据权利要求1所述的光固化金属打印方法，其特征在于所述金属粉末为不锈钢粉末、铁粉末或钛粉末；光源为扫描振镜控制的紫外光束或DLP控制的光斑。
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