CN110976846A - 用于3d打印的镁基复合材料、制备方法及其3d打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于3D打印的镁基复合材料，原料按质量百分比包括以下组分：镁粉39.5‑46.5％、陶瓷增强相颗粒8.5‑14％、粘接剂45‑47％，所述粘接剂为聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸的混合物；材料的烧结温度远低于激光束熔化镁基复合材料的温度，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基复合材料粉末容易发生火灾的情况，使得镁基复合材料在3D打印过程中更加安全可靠。而且，由于明显低于激光束熔化镁基复合材料的温度，且没有达到镁基复合材料的熔点，使其在打印过程中不会熔化，因此也避免了镁基复合材料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，进一步降低打印成本。

Description

用于3D打印的镁基复合材料、制备方法及其3D打印方法
技术领域
本发明涉及3D打印领域，具体涉及一种用于3D打印的镁基复合材料、制备方法及其3D打印方法。
背景技术
目前，针对镁基复合材料3D打印的研究主要集中在选区激光熔(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基复合材料粉末，有发生火灾的风险，存在一定的安全隐患；同时，镁基复合材料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
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于3D打印的镁基复合材料、制备方法及其3D打印方法，解决现有技术中存在的安全隐患问题，以及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。
本发明的用于3D打印的镁基复合材料，原料按质量百分比包括以下组分：镁粉39.5-46.5％、陶瓷增强相颗粒8.5-14％、粘接剂45-47％，所述粘接剂为聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸的混合物；
进一步，所述粘接剂中按质量百分比聚乙二醇79-84％、聚甲基丙烯酸甲醋10-15％、硬脂酸5-6％；
进一步，镁粉42.5％、陶瓷增强相颗粒11.5％、粘接剂46％；
进一步，所述粘接剂中按质量百分比聚乙二醇82％、聚甲基丙烯酸甲醋12.5％、硬脂酸5.5％；
进一步，所述陶瓷增强相颗粒为SiC、Al2O3陶瓷颗粒中的一种；
进一步，所述镁粉和陶瓷增强相颗粒的平均粒径为35-60um。
本发明公开一种用于3D打印的镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将原料混合后在炼胶机上混炼1.5-2小时后挤出造粒，混炼温度为67-70℃。
本发明还公开一种镁基复合材料制件的3D打印方法，包括以下步骤：
d.将镁基复合材料加热熔融后采用3D打印成预成形坯；
e.将预成形坯浸于去离子水中脱脂8-10小时后烘干，脱脂温度为50-60℃；
f.将烘干的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，即制得镁基复合材料制件。
本发明的有益效果：本发明的用于3D打印的镁基复合材料、制备方法及其3D打印方法，与现有技术相比，具有以下优点：
1、所采用的镁基复合材料原料的烧结温度为620-635℃，由于烧结温度远低于激光束熔化镁基复合材料的温度，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基复合材料粉末容易发生火灾的情况，使得镁基复合材料在3D打印过程中更加安全可靠。而且，由于明显低于激光束熔化镁基复合材料的温度，且没有达到镁基复合材料的熔点，使其在打印过程中不会熔化，因此也避免了镁基复合材料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，进一步降低打印成本。
2、采用镁基复合材料打印的制件，其成形精度高、产品性能一致性好，所使用的镁基复合材料粉末不要求具有3D打印的球形粉末的标准就可打印出合格的产品，大大降低了生产的原料成本，简化了工艺步骤，也节约了经济成本。
具体实施方式
本实施例的用于3D打印的镁基复合材料，原料按质量百分比包括以下组分：镁粉39.5-46.5％、陶瓷增强相颗粒8.5-14％、粘接剂45-47％，所述粘接剂为聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸的混合物；所采用的镁基复合材料烧结温度为620-635℃，大大降低着火的危险性，也不会产生烟尘，不会影响激光光头，提高了激光光头的使用寿命。
本实施例中，所述粘接剂中按质量百分比聚乙二醇79-84％、聚甲基丙烯酸甲醋10-15％、硬脂酸5-6％；将粘接剂原料熔融混合均匀搅拌制得；粘结剂作为3D打印技术中最重要的辅助材料之一，需要具有粘结强度高、固化速度快、环保、使用方便等要求。现有的粘接剂容易受到成型条件和环保问题的制约，很难满足加工精度的要求。本发明采用的粘接剂再满足粘结强度高、固化速度快、环保的前提下，提高产品成形精度以及产品性能一致性，能够满足加工精度的要求。
本实施例中，镁粉42.5％、陶瓷增强相颗粒11.5％、粘接剂46％；为优选实施例。
本实施例中，所述粘接剂中按质量百分比聚乙二醇82％、聚甲基丙烯酸甲醋12.5％、硬脂酸5.5％；为粘接剂的优选实施例。
本实施例中，所述陶瓷增强相颗粒为SiC、Al2O3陶瓷颗粒中的一种。
本实施例中，所述镁粉和陶瓷增强相颗粒的平均粒径为35-60um。镁粉和陶瓷增强相颗粒的粒径分别为35-60um。
本实施例公开一种用于3D打印的镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将原料混合后在炼胶机上混炼1.5-2小时后挤出造粒，混炼温度为67-70℃。工艺简单。将混炼后混合物在混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀。
本实施例的还公开一种镁基复合材料制件的3D打印方法，包括以下步骤：
a.将镁基复合材料加热熔融后采用3D打印成预成形坯；
b.将预成形坯浸于去离子水中脱脂8-10小时后烘干，脱脂温度为50-60℃；将烘干的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，即制得镁基复合材料制件。工艺简单，可量化生成，且打印过程中不会产生烟尘，不可环保，还提高安全系数。
实施例一
本实施例的用于3D打印的镁基复合材料，原料按质量百分比包括以下组分：镁粉46.5％、8.5％SiC粉、粘接剂45％，所述粘接剂中按质量百分比聚乙二醇80％、聚甲基丙烯酸甲醋15％、硬脂酸5％；镁粉和陶瓷增强相颗粒的平均粒径为35um。
本实施例的用于3D打印的镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸，熔融混合均匀搅拌，得到粘接剂；将粘接剂与其他原料混合后按照粉末装载量为66vo1％在炼胶机上混炼2小时后挤出造粒，混炼温度为67℃；将混炼后混合物在混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，得到镁基复合材料。
本实施例的一种镁基复合材料制件的3D打印方法，包括如下步骤：
a.将所述镁基复合材料加热熔融后输送至3D打印，打印出所需形状的镁基复合材料预成形坯；
b.将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℃，脱脂完成后取出预成形坯烘干；将烘干后的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3小时，即制得镁基复合材料制件。
本实施例制备的Mg-SiC复合材料零部件的相对密度为90％，尺寸精度为±0.3％。
实施例二
本实施例的用于3D打印的镁基复合材料，原料按质量百分比包括以下组分：镁粉44％、SiC粉10％、粘接剂46％，所述粘接剂中按质量百分比聚乙二醇84％、聚甲基丙烯酸甲醋10％、硬脂酸6％；镁粉和陶瓷增强相颗粒的平均粒径为60um。
本实施例的用于3D打印的镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸，熔融混合均匀搅拌，得到粘接剂；将粘接剂与其他原料混合后按照粉末装载量为66vo1％在炼胶机上混炼1.5小时后挤出造粒，混炼温度为68℃；将混炼后混合物在混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，得到镁基复合材料。
本实施例的一种镁基复合材料制件的3D打印方法，包括如下步骤：
a.将所述镁基复合材料加热熔融后输送至3D打印，打印出所需形状的镁基复合材料预成形坯；
b.将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℃，脱脂完成后取出预成形坯烘干；将烘干后的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小时，即制得镁基复合材料制件。
本实施例制备的Mg-SiC复合材料零部件的相对密度为91％，尺寸精度为±0.4％。
实施例三
本实施例的用于3D打印的镁基复合材料，原料按质量百分比包括以下组分：镁粉41％、Al2O3粉12％、粘接剂47％，所述粘接剂中按质量百分比聚乙二醇81％、聚甲基丙烯酸甲醋13％、硬脂酸6％；镁粉和陶瓷增强相颗粒的平均粒径为35um。
本实施例的用于3D打印的镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸，熔融混合均匀搅拌，得到粘接剂；将粘接剂与其他原料混合后按照粉末装载量为66vo1％在炼胶机上混炼2小时后挤出造粒，混炼温度为68℃；将混炼后混合物在混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，得到镁基复合材料。
本实施例的一种镁基复合材料制件的3D打印方法，包括如下步骤：
a.将所述镁基复合材料加热熔融后输送至3D打印，打印出所需形状的镁基复合材料预成形坯；
b.将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℃，脱脂完成后取出预成形坯烘干；将烘干后的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，即制得镁基复合材料制件。
本实施例制备的Mg-Al2O3复合材料零部件的相对密度为90％，尺寸精度为±0.3％。
实施例四
本实施例的用于3D打印的镁基复合材料，原料按质量百分比包括以下组分：镁粉40％、Al2O3粉14％、粘接剂46％，所述粘接剂中按质量百分比聚乙二醇84％、聚甲基丙烯酸甲醋10％、硬脂酸6％；镁粉和陶瓷增强相颗粒的平均粒径为60um。
本实施例的用于3D打印的镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸，熔融混合均匀搅拌，得到粘接剂；将粘接剂与其他原料混合后按照粉末装载量为68vo1％在炼胶机上混炼1.5小时后挤出造粒，混炼温度为70℃；将混炼后混合物在混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，得到镁基复合材料。
本实施例的一种镁基复合材料制件的3D打印方法，包括如下步骤：
a.将所述镁基复合材料加热熔融后输送至3D打印，打印出所需形状的镁基复合材料预成形坯；
b.将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℃，脱脂完成后取出预成形坯烘干；将烘干后的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4.5小时，即制得镁基复合材料制件。
本实施例制备的Mg-Al2O3复合材料零部件的相对密度为91％，尺寸精度为±0.3％。
实施例五
本实施例的用于3D打印的镁基复合材料，原料按质量百分比包括以下组分：镁粉39.5％、陶瓷增强相颗粒13.5％、粘接剂47％，所述粘接剂中按质量百分比聚乙二醇81％、聚甲基丙烯酸甲醋13％、硬脂酸6％；镁粉和陶瓷增强相颗粒的平均粒径为55um。
本实施例的用于3D打印的镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸，熔融混合均匀搅拌，得到粘接剂；将粘接剂与其他原料混合后按照粉末装载量为67vo1％在炼胶机上混炼1.9小时后挤出造粒，混炼温度为69℃；将混炼后混合物在混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，得到镁基复合材料。
本实施例的一种镁基复合材料制件的3D打印方法，包括如下步骤：
a.将所述镁基复合材料加热熔融后输送至3D打印，打印出所需形状的镁基复合材料预成形坯；
b.将预成形坯浸于去离子水中进行溶剂脱脂8.5小时，脱脂温度为58℃，脱脂完成后取出预成形坯烘干；将烘干后的预成形坯在烧结炉中烧结，采用高纯氩气气氛保护，在630℃的温度下保温4小时，即制得镁基复合材料制件。
实施例六
本实施例的用于3D打印的镁基复合材料，原料按质量百分比包括以下组分：镁粉42.5％、陶瓷增强相颗粒11.5％、粘接剂46％，所述粘接剂中按质量百分比聚乙二醇79％、聚甲基丙烯酸甲醋15％、硬脂酸6％；镁粉和陶瓷增强相颗粒的平均粒径为45um。
本实施例的用于3D打印的镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸，熔融混合均匀搅拌，得到粘接剂；将粘接剂与其他原料混合后按照粉末装载量为67vo1％在炼胶机上混炼1.8小时后挤出造粒，混炼温度为70℃；将混炼后混合物在混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，得到镁基复合材料。
本实施例的一种镁基复合材料制件的3D打印方法，包括如下步骤：
a.将所述镁基复合材料加热熔融后输送至3D打印，打印出所需形状的镁基复合材料预成形坯；
b.将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55℃，脱脂完成后取出预成形坯烘干；将烘干后的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，即制得镁基复合材料制件。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种用于3D打印的镁基复合材料，其特征在于：原料按质量百分比包括以下组分：镁粉39.5-46.5％、陶瓷增强相颗粒8.5-14％、粘接剂45-47％，所述粘接剂为聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲醋和硬脂酸的混合物。
2.根据权利要求1所述的3D打印的镁基复合材料，其特征在于：所述粘接剂中按质量百分比聚乙二醇79-84％、聚甲基丙烯酸甲醋10-15％、硬脂酸5-6％。
3.根据权利要求1所述的用于3D打印的镁基复合材料，其特征在于：原料按质量百分比包括以下组分：镁粉42.5％、陶瓷增强相颗粒11.5％、粘接剂46％。
4.根据权利要求3所述的用于3D打印的镁基复合材料，其特征在于：所述粘接剂中按质量百分比聚乙二醇82％、聚甲基丙烯酸甲醋12.5％、硬脂酸5.5％。
5.根据权利要求1所述的用于3D打印的镁基复合材料，其特征在于：所述陶瓷增强相颗粒为SiC、Al2O3陶瓷颗粒中的一种。
6.根据权利要求5所述的用于3D打印的镁基复合材料，其特征在于：所述镁粉和陶瓷增强相颗粒的平均粒径为35-60um。
7.根据权利要求1所述的用于3D打印的镁基复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将原料混合后在炼胶机上混炼1.5-2小时后挤出造粒，混炼温度为67-70℃。
8.一种镁基复合材料制件的3D打印方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.将镁基复合材料加热熔融后采用3D打印成预成形坯；
b.将预成形坯浸于去离子水中脱脂8-10小时后烘干，脱脂温度为50-60℃；
c.将烘干的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，即制得镁基复合材料制件。
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