CN110681858A - 一种用于3d打印的镁合金原料的制备方法及其打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于3D打印的镁合金原料的制备方法及其打印方法，属于3D打印领域。所述制备方法，包括如下步骤：（1）取聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸，得到粘接剂；（2）将镁粉和合金粉末与所述粘接剂按照粉末装载量为66‑68vo1%在炼胶机上混炼1.5‑2小时，混炼温度为67‑70℃；（3）将混炼后混合物在混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，得到镁合金原料。所述打印方法为将镁合金原料加热熔融后打印出镁合金预成形坯；再将镁合金预成形坯脱脂、烘干后在烧结炉中烧结，即制得镁合金制件。本发明使得镁合金在3D打印过程中更加安全可靠，并且避免了镁合金在打印过程中产生烟尘、影响激光光头，提高了激光光头的使用寿命。

Description

一种用于3D打印的镁合金原料的制备方法及其打印方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种用于3D打印的镁合金原料的制备方法及其打印方法。
背景技术
镁合金是所有金属结构材料中最轻的，具有很高的比强度、比刚度、优良的抗振性、抗冲击性和切削加工性能。目前，镁合金已成为交通、电子通信、国防军工、生物医疗等领域的重要材料，成为世界各国关注的焦点。但是，镁合金为密排六方晶体结构，塑性成型能力差，很难加工复杂结构的零件，严重制约的镁合金的应用。随着3D打印技术的发展，能够利用金属粉末直接成型传统工艺难以实现的形状和结构，为镁合金制造工艺的发展提供了一条可行之路。
目前，针对镁合金3D打印的研究主要集中在选区激光熔化（Selective LaserMelting，SLM）技术，但并没有实现产业化应用。除了设备昂贵动辄数百万、打印材料要求极为苛刻、工艺复杂难以控制导致产品性能难以保持一致等问题外，高能量的激光束直接熔化镁合金粉末，有发生火灾的风险，存在一定的安全隐患；同时，镁合金在打印过程中会产生烟尘，影响激光光头，降低其使用寿命，从而提高打印成本。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有技术中在使用镁合金进行3D打印时，存在安全隐患并且在打印过程中会产生烟尘，影响激光光头，降低其使用寿命的问题，提供一种用于3D打印的镁合金原料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：
一种用于3D打印的镁合金原料的制备方法，包括如下步骤：
（1）取聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸熔融后混合，搅拌均匀得到粘接剂；其中，所述聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸的质量份数比为79-84：9-15：5-6；
（2）将镁粉和合金粉末与所述粘接剂按照粉末装载量为66-68vo1%在炼胶机上混炼1.5-2小时，混炼温度为67-70℃；其中，所述镁粉、合金粉末和粘接剂的质量份数比为51~54.7：0.27~2.2：45~47；
（3）将混炼后混合物在混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，得到镁合金原料。
其中，所述（2）中，所述镁粉和合金粉末均为单质粉末。所述镁粉与合金粉末的平均粒径均为35-60 um。所述合金粉末为Ca粉或Si粉。
本发明还提供一种镁合金制件的3D打印方法，包括如下步骤：
1）将所述镁合金原料加热熔融后输送至3D打印，打印出所需形状的镁合金预成形坯，其中，所述镁合金原料由权利要求1-3任一项所述的制备方法制备而成；
2）将所述镁合金预成形坯浸于去离子水中进行溶剂脱脂8-10小时，脱脂温度为50-60℃，脱脂完成后取出所述镁合金预成形坯烘干；
3）将烘干后的镁合金预成形坯在烧结炉中烧结，采用高纯氩气气氛保护，在620-635℃的温度下保温3-5小时，即制得镁合金制件。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、采用本发明提供的制备方法制备得到的用于3D打印的镁合金原料，由于烧结温度远低于激光束熔化镁合金的温度，着火的危险也大大降低，因而避免了传统的采用高能量的激光束直接熔化镁合金粉末容易发生火灾的情况，使得镁合金在3D打印过程中更加安全可靠。制备镁合金3D打印原料的温度明显低于激光束熔化镁合金的温度，并且没有达到镁合金的熔点、在打印过程中也不会熔化，因此避免了镁合金在打印过程中产生烟尘、影响激光光头，提高了激光光头的使用寿命。
2、采用本发明提供的打印方法，制件成形精度高、产品性能一致性好。所使用的镁合金粉末不要求为球形镁合金粉末，大大降低了生产的原料成本。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一、镁合金原料的制备
（1）按聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸的质量份数比为80：15：5取聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸，熔融后混合、搅拌均匀，得到粘接剂。
（2）将54.7g镁粉和0.27g Si粉与45.03g步骤（1）制备的粘接剂，按照粉末装载量为66vo1%在炼胶机上混炼2小时，混炼温度为67℃，镁粉和合金粉末的平均粒径为35um。
（3）将混炼后混合物在混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，得到镁合金原料。
二、镁合金制件的制备
1）将所述镁合金原料加热熔融后输送至3D打印，打印出所需形状的镁合金预成形坯。
2）将所述镁合金预成形坯浸于去离子水中进行溶剂脱脂8小时，脱脂温度为59℃，脱脂完成后取出所述镁合金预成形坯烘干。
3）将烘干后的镁合金预成形坯在烧结炉中烧结，采用高纯氩气气氛保护，在628℃的温度下保温4小时，即制得镁合金制件。
本实施例制备的Mg-Ca合金零部件的相对密度为94%，尺寸精度为±0.4%。
该镁合金原料的烧结温度为628℃，明显低于激光束熔化镁合金的温度，因此着火的危险也大大降低。采用本发明镁合金原料，有效果避免在打印过程中会产生烟尘，影响激光光头，延长了激光光头的使用寿命，从而降低了打印成本。并且，该方法制备的制件成形精度高、产品性能一致性好。
实施例2
一、镁合金原料的制备
（1）按聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸的质量份数比为84：10：6取聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸，熔融后混合、搅拌均匀，得到粘接剂。
（2）将53g镁粉和1g Ca粉与46g步骤（1）制备的粘接剂，按照粉末装载量为66vo1%在炼胶机上混炼1.5小时，混炼温度为68℃，镁粉和合金粉末的平均粒径为60um。
（3）将混炼后混合物在混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，得到镁合金原料。
二、镁合金制件的制备
1）将所述镁合金原料加热熔融后输送至3D打印，打印出所需形状的镁合金预成形坯。
2）将所述镁合金预成形坯浸于去离子水中进行溶剂脱脂9小时，脱脂温度为52℃，脱脂完成后取出所述镁合金预成形坯烘干。
3）将烘干后的镁合金预成形坯在烧结炉中烧结，采用高纯氩气气氛保护，在620℃的温度下保温4.5小时，即制得镁合金制件。
本实施例制备的Mg-Ca合金零部件的相对密度为95%，尺寸精度为±0.3%。
实施例3
一、镁合金原料的制备
（1）按聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸的质量份数比为81：13：6取聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸，熔融后混合、搅拌均匀，得到粘接剂。
（2）将51g镁粉和2g Si粉与47g步骤（1）制备的粘接剂，按照粉末装载量为66vo1%在炼胶机上混炼2小时，混炼温度为68℃，镁粉和合金粉末的平均粒径为35um。
（3）将混炼后混合物在混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，得到镁合金原料。
二、镁合金制件的制备
1）将所述镁合金原料加热熔融后输送至3D打印，打印出所需形状的镁合金预成形坯。
2）将所述镁合金预成形坯浸于去离子水中进行溶剂脱脂8小时，脱脂温度为59℃，脱脂完成后取出所述镁合金预成形坯烘干。
3）将烘干后的镁合金预成形坯在烧结炉中烧结，采用高纯氩气气氛保护，在625℃的温度下保温4小时，即制得镁合金制件。
本实施例制备的Mg-Si合金零部件的相对密度为94%，尺寸精度为±0.4%。
实施例4
一、镁合金原料的制备
（1）按聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸的质量份数比为84：10：6取聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸，熔融后混合、搅拌均匀，得到粘接剂。
（2）将52.5g镁粉和1.5g Ca粉与46g步骤（1）制备的粘接剂按照粉末装载量为68vo1%在炼胶机上混炼1.5小时，混炼温度为70℃，镁粉和合金粉末的平均粒径为60um。
（3）将混炼后混合物在混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，得到镁合金原料。
二、镁合金制件的制备
1）将所述镁合金原料加热熔融后输送至3D打印，打印出所需形状的镁合金预成形坯。
2）将所述镁合金预成形坯浸于去离子水中进行溶剂脱脂9小时，脱脂温度为52℃，脱脂完成后取出所述镁合金预成形坯烘干。
3）将烘干后的镁合金预成形坯在烧结炉中烧结，采用高纯氩气气氛保护，在633℃的温度下保温3小时，即制得镁合金制件。
本实施例制备的Mg-Si合金零部件的相对密度为95%，尺寸精度为±0.4%。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种用于3D打印的镁合金原料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）取聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸熔融后混合，搅拌均匀得到粘接剂；其中，所述聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸的质量份数比为79-84：9-15：5-6；
（2）将镁粉和合金粉末与所述粘接剂按照粉末装载量为66-68vo1%在炼胶机上混炼1.5-2小时，混炼温度为67-70℃；其中，所述镁粉、合金粉末和粘接剂的质量份数比为51~54.7：0.27~2.2：45~47；
（3）将混炼后混合物在混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，得到镁合金原料。
2.根据权利要求1所述的用于3D打印的镁合金原料的制备方法，其特征在于，所述（2）中，所述镁粉和合金粉末均为单质粉末。
3.根据权利要求1所述的用于3D打印的镁合金原料的制备方法，其特征在于，所述（2）中，所述镁粉与合金粉末的平均粒径均为35-60 um。
4.根据权利要求1所述的用于3D打印的镁合金原料的制备方法，其特征在于，所述（2）中，所述合金粉末为Ca粉或Si粉。
5.一种镁合金制件的3D打印方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将所述镁合金原料加热熔融后输送至3D打印，打印出所需形状的镁合金预成形坯，其中，所述镁合金原料由权利要求1-3任一项所述的制备方法制备而成；
2）将所述镁合金预成形坯浸于去离子水中进行溶剂脱脂8-10小时，脱脂温度为50-60℃，脱脂完成后取出所述镁合金预成形坯烘干；
3）将烘干后的镁合金预成形坯在烧结炉中烧结，采用高纯氩气气氛保护，在620-635℃的温度下保温3-5小时，即制得镁合金制件。
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