CN109652732A - 一种3dp法镍基合金空心圆柱立体打印工艺 - Google Patents

一种3dp法镍基合金空心圆柱立体打印工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺，该发明由于在粘结时环形喷头通过计算机的控制，直接移动至成型仓上方，且环形喷头选择规格时，直接就和模型半径一致，因此，在粘结时，喷头不会像传统工艺一样，做X、Y轴的水平移动，直接喷出粘结剂即可，省去了移动喷头的时间，效率大大提升，采用更加合适的配比制成的镍基合金粉末，加上采用胶水浸泡进行初次固化，最后再高温烧结，打印出来的镍基合金空心圆柱，强度更大。

Description

一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺
技术领域
本发明涉及3DP立体打印技术领域，具体为一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺。
背景技术
三维印刷(3DP)工艺，就是今天的3D打印。是美国麻省理工学院Emanual Sachs等人研制的，E.M.Sachs于1989年申请了3DP(Three-Dimensional Printing)专利，该专利是非成形材料微滴喷射成形范畴的核心专利之一，3DP工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末，所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接剂粘接的零件强度较低，还须后处理。
镍基合金粉末是市面上用量较广的一种合金粉、其主要用于钢件的、耐磨、防腐、防锈等，牌号分高硬度与低硬度两个种类，高硬度耐磨防腐，低硬度修复在加工。
由于喷头每次都会进行水平移动，所以导致传统工艺效率较低，而且传统工艺后期仅仅从温度上进行固化，所以导致强度不高，因此，亟待一种改进的技术来解决现有技术中所存在的这一问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺，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3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺，包括以下步骤：
步骤一：将镍基合金粉末加入到粉末给料仓内；
步骤二：给料仓通过活塞上升一段距离，同时成型仓通过活塞下降一段距离，通过铺辊粉将给料仓内的上层粉末推至成型缸上层，铺平并压实；
步骤三：将定制的环形喷头，通过计算机的控制，移动至成型仓上方，并喷射出建造面粘结剂；
步骤四：循环步骤二及步骤三喷射粘结剂的过程，直至模型实体成型；
步骤五：回收未粘结的粉末，吹净模型表面的粉末，将模型用透明胶水浸泡5～10min后取出，并放入加热炉内；
步骤六：将加热炉内的温度设置为40～50℃，持续1～2h；
步骤七：取出模型，将表面固化的一层胶水去除，然后再次放入加热炉内；
步骤八：将加热炉内的温度设置为1400～1600℃，持续1～2h，随后随炉冷却，待其温度降为室温，将其存放于干燥处。
优选的，所述步骤一中镍基合金粉末由以下原料按质量份计制得：镍40～60份、碳1～2份、钴6～14份、铬10～16份、镁2～4份、硅3～6份、硼1～2份、铝1～3份、锡1～2份。
优选的，所述镍基合金粉末的制作方法包括以下步骤：
步骤一：按质量份将镍、碳、钴、铬及镁进行混合得到混合物A，然后加入适量的水，混合物A与水的比例为2:8，得到混合物B；
步骤二：然后将混合物B在温度60～80℃，转速4000～5000r/min的条件下进行搅拌，并且加入氨水，持续5～10min，得到混合物C；
步骤三，混合物C放入到球磨机中进行球磨，持续4～6h，得到物料A；
步骤四：将物料A投入冶炼炉中，加入硅、硼、铝及锡，将温度设置为1500～1600℃，形成溶液，随后进行保温3～6h，得到物料B；
步骤五：将物料B进行猝火工艺，然后进行保温24～48h，得到物料C；
步骤六：将物料C放入到球磨机中进行球磨，持续4～6h，得到粒度为60-106μm的镍基合金粉末。
优选的，所述步骤二中活塞为一种伸缩缸。
优选的，所述步骤二中距离为0.01～0.1mm。
优选的，所述步骤三中环形喷头的半径与模型一致。
优选的，所述步骤三中粘结剂由以下原料按质量份计制得：V胶60～80份、增流剂4～6份、保湿剂1～2份、润滑剂1～2份、促凝剂3～5份。
优选的，所述粘结剂的制作方法为：按比例将V胶、增流剂、保湿剂、润滑剂、促凝剂投入搅拌机内充分搅拌均匀即可得到粘结剂。
优选的，所述步骤七中胶水去除的方法采用高温去胶。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)由于在粘结时环形喷头通过计算机的控制，直接移动至成型仓上方，且环形喷头选择规格时，直接就和模型半径一致，因此，在粘结时，喷头不会像传统工艺一样，做X、Y轴的水平移动，直接喷出粘结剂即可，省去了移动喷头的时间，效率大大提升。
(2)采用更加合适的配比制成的镍基合金粉末，加上采用胶水浸泡进行初次固化，最后再高温烧结，打印出来的镍基合金空心圆柱，强度更大。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺，包括以下步骤：
步骤一：将镍基合金粉末加入到粉末给料仓内；
步骤二：给料仓通过活塞上升0.01～0.1mm，同时成型仓通过活塞下降0.01～0.1mm，通过铺辊粉将给料仓内的上层粉末推至成型缸上层，铺平并压实；
步骤三：将定制的环形喷头，通过计算机的控制，移动至成型仓上方，并喷射出建造面粘结剂；
步骤四：循环步骤二及步骤三喷射粘结剂的过程，直至模型实体成型；
步骤五：回收未粘结的粉末，吹净模型表面的粉末，将模型用透明胶水浸泡5～10min后取出，并放入加热炉内；
步骤六：将加热炉内的温度设置为40～50℃，持续1～2h；
步骤七：取出模型，将表面固化的一层胶水去除，然后再次放入加热炉内；
步骤八：将加热炉内的温度设置为1400～1600℃，持续1～2h，随后随炉冷却，待其温度降为室温，将其存放于干燥处。。
其中，步骤一中镍基合金粉末由以下原料按质量份计制得：镍40～60份、碳1～2份、钴6～14份、铬10～16份、镁2～4份、硅3～6份、硼1～2份、铝1～3份、锡1～2份，制作方法包括以下步骤：
步骤一：按质量份将镍、碳、钴、铬及镁进行混合得到混合物A，然后加入适量的水，混合物A与水的比例为2:8，得到混合物B；
步骤二：然后将混合物B在温度60～80℃，转速4000～5000r/min的条件下进行搅拌，并且加入氨水，持续5～10min，得到混合物C；
步骤三，混合物C放入到球磨机中进行球磨，持续4～6h，得到物料A；
步骤四：将物料A投入冶炼炉中，加入硅、硼、铝及锡，将温度设置为1500～1600℃，形成溶液，随后进行保温3～6h，得到物料B；
步骤五：将物料B进行猝火工艺，然后进行保温24～48h，得到物料C；
步骤六：将物料C放入到球磨机中进行球磨，持续4～6h，得到粒度为60-106μm的镍基合金粉末。
其中，步骤三中粘结剂由以下原料按质量份计制得：V胶60～80份、增流剂4～6份、保湿剂1～2份、润滑剂1～2份、促凝剂3～5份，其制作方法为：按比例将V胶、增流剂、保湿剂、润滑剂、促凝剂投入搅拌机内充分搅拌均匀即可得到粘结剂。
实施例一：
一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺，包括以下步骤：
步骤一：将镍基合金粉末加入到粉末给料仓内；
步骤二：给料仓通过活塞上升0.05mm，同时成型仓通过活塞下降0.05mm，通过铺辊粉将给料仓内的上层粉末推至成型缸上层，铺平并压实；
步骤三：将定制的环形喷头，通过计算机的控制，移动至成型仓上方，并喷射出建造面粘结剂；
步骤四：循环步骤二及步骤三喷射粘结剂的过程，直至模型实体成型；
步骤五：回收未粘结的粉末，吹净模型表面的粉末，将模型用透明胶水浸泡10min后取出，并放入加热炉内；
步骤六：将加热炉内的温度设置为50℃，持续1h；
步骤七：取出模型，将表面固化的一层胶水去除，然后再次放入加热炉内；
步骤八：将加热炉内的温度设置为1600℃，持续2h，随后随炉冷却，待其温度降为室温，将其存放于干燥处。。
其中，步骤一中镍基合金粉末由以下原料按质量份计制得：镍40份、碳1份、钴6份、铬10份、镁2份、硅3份、硼1份、铝1份、锡1份，制作方法包括以下步骤：
步骤一：按质量份将镍、碳、钴、铬及镁进行混合得到混合物A，然后加入适量的水，混合物A与水的比例为2:8，得到混合物B；
步骤二：然后将混合物B在温度70℃，转速5000r/min的条件下进行搅拌，并且加入氨水，持续10min，得到混合物C；
步骤三，混合物C放入到球磨机中进行球磨，持续6h，得到物料A；
步骤四：将物料A投入冶炼炉中，加入硅、硼、铝及锡，将温度设置为1600℃，形成溶液，随后进行保温5h，得到物料B；
步骤五：将物料B进行猝火工艺，然后进行保温48h，得到物料C；
步骤六：将物料C放入到球磨机中进行球磨，持续6h，得到粒度为80μm的镍基合金粉末。
其中，步骤三中粘结剂由以下原料按质量份计制得：V胶70份、增流剂5份、保湿剂1份、润滑剂1份、促凝剂4份，其制作方法为：按比例将V胶、增流剂、保湿剂、润滑剂、促凝剂投入搅拌机内充分搅拌均匀即可得到粘结剂。
实施例二：
一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺，包括以下步骤：
步骤一：将镍基合金粉末加入到粉末给料仓内；
步骤二：给料仓通过活塞上升0.05mm，同时成型仓通过活塞下降0.05mm，通过铺辊粉将给料仓内的上层粉末推至成型缸上层，铺平并压实；
步骤三：将定制的环形喷头，通过计算机的控制，移动至成型仓上方，并喷射出建造面粘结剂；
步骤四：循环步骤二及步骤三喷射粘结剂的过程，直至模型实体成型；
步骤五：回收未粘结的粉末，吹净模型表面的粉末，将模型用透明胶水浸泡10min后取出，并放入加热炉内；
步骤六：将加热炉内的温度设置为50℃，持续1h；
步骤七：取出模型，将表面固化的一层胶水去除，然后再次放入加热炉内；
步骤八：将加热炉内的温度设置为1600℃，持续2h，随后随炉冷却，待其温度降为室温，将其存放于干燥处。。
其中，步骤一中镍基合金粉末由以下原料按质量份计制得：镍50份、碳2份、钴10份、铬12份、镁3份、硅5份、硼2份、铝2份、锡2份，制作方法包括以下步骤：
步骤一：按质量份将镍、碳、钴、铬及镁进行混合得到混合物A，然后加入适量的水，混合物A与水的比例为2:8，得到混合物B；
步骤二：然后将混合物B在温度70℃，转速5000r/min的条件下进行搅拌，并且加入氨水，持续10min，得到混合物C；
步骤三，混合物C放入到球磨机中进行球磨，持续6h，得到物料A；
步骤四：将物料A投入冶炼炉中，加入硅、硼、铝及锡，将温度设置为1600℃，形成溶液，随后进行保温5h，得到物料B；
步骤五：将物料B进行猝火工艺，然后进行保温48h，得到物料C；
步骤六：将物料C放入到球磨机中进行球磨，持续6h，得到粒度为80μm的镍基合金粉末。
其中，步骤三中粘结剂由以下原料按质量份计制得：V胶70份、增流剂5份、保湿剂1份、润滑剂1份、促凝剂4份，其制作方法为：按比例将V胶、增流剂、保湿剂、润滑剂、促凝剂投入搅拌机内充分搅拌均匀即可得到粘结剂。
经过试验对比，实施例二制得的空心圆柱模型比实施例一制得的空心圆柱模型强度性能好。
实施例三：
一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺，包括以下步骤：
步骤一：将镍基合金粉末加入到粉末给料仓内；
步骤二：给料仓通过活塞上升0.05mm，同时成型仓通过活塞下降0.05mm，通过铺辊粉将给料仓内的上层粉末推至成型缸上层，铺平并压实；
步骤三：将定制的环形喷头，通过计算机的控制，移动至成型仓上方，并喷射出建造面粘结剂；
步骤四：循环步骤二及步骤三喷射粘结剂的过程，直至模型实体成型；
步骤五：回收未粘结的粉末，吹净模型表面的粉末，将模型用透明胶水浸泡10min后取出，并放入加热炉内；
步骤六：将加热炉内的温度设置为50℃，持续1h；
步骤七：取出模型，将表面固化的一层胶水去除，然后再次放入加热炉内；
步骤八：将加热炉内的温度设置为1600℃，持续2h，随后随炉冷却，待其温度降为室温，将其存放于干燥处。。
其中，步骤一中镍基合金粉末由以下原料按质量份计制得：镍60份、碳2份、钴614份、铬116份、镁4份、硅6份、硼2份、铝3份、锡2份，制作方法包括以下步骤：
步骤一：按质量份将镍、碳、钴、铬及镁进行混合得到混合物A，然后加入适量的水，混合物A与水的比例为2:8，得到混合物B；
步骤二：然后将混合物B在温度70℃，转速5000r/min的条件下进行搅拌，并且加入氨水，持续10min，得到混合物C；
步骤三，混合物C放入到球磨机中进行球磨，持续6h，得到物料A；
步骤四：将物料A投入冶炼炉中，加入硅、硼、铝及锡，将温度设置为1600℃，形成溶液，随后进行保温5h，得到物料B；
步骤五：将物料B进行猝火工艺，然后进行保温48h，得到物料C；
步骤六：将物料C放入到球磨机中进行球磨，持续6h，得到粒度为80μm的镍基合金粉末。
其中，步骤三中粘结剂由以下原料按质量份计制得：V胶70份、增流剂5份、保湿剂1份、润滑剂1份、促凝剂4份，其制作方法为：按比例将V胶、增流剂、保湿剂、润滑剂、促凝剂投入搅拌机内充分搅拌均匀即可得到粘结剂。
经过试验对比，实施例三制得的空心圆柱模型比实施例二制得的空心圆柱模型强度性能差。
将本发明各实施例制得的空心圆柱模型均进行强度实验，经过对比后得出，实施例二制备的空心圆柱模型能够达到最佳性能。
由于在粘结时环形喷头通过计算机的控制，直接移动至成型仓上方，且环形喷头选择规格时，直接就和模型半径一致，因此，在粘结时，喷头不会像传统工艺一样，做X、Y轴的水平移动，直接喷出粘结剂即可，省去了移动喷头的时间，效率大大提升。
采用更加合适的配比制成的镍基合金粉末，加上采用胶水浸泡进行初次固化，最后再高温烧结，打印出来的镍基合金空心圆柱，强度更大。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将镍基合金粉末加入到粉末给料仓内；
步骤二：给料仓通过活塞上升一段距离，同时成型仓通过活塞下降一段距离，通过铺辊粉将给料仓内的上层粉末推至成型缸上层，铺平并压实；
步骤三：将定制的环形喷头，通过计算机的控制，移动至成型仓上方，并喷射出建造面粘结剂；
步骤四：循环步骤二及步骤三喷射粘结剂的过程，直至模型实体成型；
步骤五：回收未粘结的粉末，吹净模型表面的粉末，将模型用透明胶水浸泡5～10min后取出，并放入加热炉内；
步骤六：将加热炉内的温度设置为40～50℃，持续1～2h；
步骤七：取出模型，将表面固化的一层胶水去除，然后再次放入加热炉内；
步骤八：将加热炉内的温度设置为1400～1600℃，持续1～2h，随后随炉冷却，待其温度降为室温，将其存放于干燥处。
2.根据权利要求1所述的一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺，其特征在于：所述步骤一中镍基合金粉末由以下原料按质量份计制得：镍40～60份、碳1～2份、钴6～14份、铬10～16份、镁2～4份、硅3～6份、硼1～2份、铝1～3份、锡1～2份。
3.根据权利要求2所述的一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺，其特征在于：所述镍基合金粉末的制作方法包括以下步骤：
步骤一：按质量份将镍、碳、钴、铬及镁进行混合得到混合物A，然后加入适量的水，混合物A与水的比例为2:8，得到混合物B；
步骤二：然后将混合物B在温度60～80℃，转速4000～5000r/min的条件下进行搅拌，并且加入氨水，持续5～10min，得到混合物C；
步骤三，混合物C放入到球磨机中进行球磨，持续4～6h，得到物料A；
步骤四：将物料A投入冶炼炉中，加入硅、硼、铝及锡，将温度设置为1500～1600℃，形成溶液，随后进行保温3～6h，得到物料B；
步骤五：将物料B进行猝火工艺，然后进行保温24～48h，得到物料C；
步骤六：将物料C放入到球磨机中进行球磨，持续4～6h，得到粒度为60-106μm的镍基合金粉末。
4.根据权利要求1所述的一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺，其特征在于：所述步骤二中活塞为一种伸缩缸。
5.根据权利要求1所述的一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺，其特征在于：所述步骤二中距离为0.01～0.1mm。
6.根据权利要求1所述的一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺，其特征在于：所述步骤三中环形喷头的半径与模型一致。
7.根据权利要求1所述的一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺，其特征在于：所述步骤三中粘结剂由以下原料按质量份计制得：V胶60～80份、增流剂4～6份、保湿剂1～2份、润滑剂1～2份、促凝剂3～5份。
8.根据权利要求6所述的一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺，其特征在于：所述粘结剂的制作方法为：按比例将V胶、增流剂、保湿剂、润滑剂、促凝剂投入搅拌机内充分搅拌均匀即可得到粘结剂。
9.根据权利要求1所述的一种3DP法镍基合金空心圆柱立体打印工艺，其特征在于：所述步骤七中胶水去除的方法采用高温去胶。
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