CN111283185A - 低成本不锈钢间接增材制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本不锈钢间接增材制造方法，按如下步骤：将不锈钢粉末与粘结剂进行充分混合搅拌且加温，不锈钢粉末的颗粒规格为8~12µm，不锈钢粉末与粘结剂重量比为92:8~90:10；粘结剂由下列重量份的原料制成：微晶蜡20~25份，聚甲醛60~70份，聚乙烯6~9份，石蜡3.5~4.5份，硬脂酸0.2~1份；待混合的粉体冷却后，通过造粒机制备成粒状喂料，然后使用注射成形机将粒状喂料加工成含有粘结剂的丝材；将该丝材装载到常规的塑料3D打印机上，打印出不锈钢生坯；对不锈钢生坯先进行溶剂脱脂，再进行热脱脂；最后，通过真空烧结，固结不锈钢生坯，经冷却至室温后，获得高度致密的不锈钢间接打印成品。本发明具有材料成本低、加工设备简单、产品成品率高、产品质量好的有益效果。

Description

低成本不锈钢间接增材制造方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种低成本不锈钢间接增材制造方法。
背景技术
不锈钢具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及强韧性等系列特点，因而被广泛用于重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中。国内外对不锈钢的组织、性能和新工艺等方面进行了大量的研究，取得了许多新进展。
粉末冶金领域中，增材制造技术(也称3D打印)，是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，其能够为产品的快速研发迭代、复杂结构零部件的设计制造、生产线的快速重构提供解决方案，在降低零部件重量和制造成本等方面取得了显著效果，符合可持续发展。
当前已经较为普及的不锈钢增材制造技术，如激光熔融3D打印，是一种直接打印的方法，通过高能量局部地、逐层地融化不锈钢粉末来熔接制造不锈钢零件。然而因其3D打印设备昂贵的以及在激光熔融过程中由于强非平衡状态下复杂的合金相变和组织演化引起的3D打印金属的孔隙率，易于分解和断裂，在实际应用中可能会引起安全隐患，限制了增材制造不锈钢工业化的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本不锈钢间接增材制造(3D打印)方法，
能够大幅地降低制造不锈钢零部件的成本，使得不锈钢增材制造得到更为广泛的工程应用。
本发明所要解决的技术问题是，为了克服上述现有背景技术中提及的高昂的3D打印设备费用以及在3D过程中由于强非平衡状态下复杂的合金相变和组织演化引起不良反应，提供一种不锈钢低成本间接增材制造方法。
本发明的技术方案是：
一种低成本不锈钢间接增材制造方法，按如下步骤：
S1. 将不锈钢粉末与粘结剂进行充分混合搅拌且加温，其中，不锈钢粉末的颗粒规格为8~12µm，不锈钢粉末与粘结剂重量比为92:8~90:10；粘结剂由下列重量份的原料制成：微晶蜡20~25份，聚甲醛60~70份，聚乙烯6~9份，石蜡3.5~4.5份，硬脂酸0.2~1份；
S2. 待混合的粉体冷却后，通过造粒机或破碎机制备成粒状喂料，然后使用注射成形机或造丝机，将粒状喂料加工成含有粘结剂的丝材；
S3. 将含有粘结剂的丝材装载到常规的塑料3D打印机上，根据计算机中三维建模程序，打印出不锈钢生坯；
S4. 对不锈钢生坯先进行溶剂脱脂，再进行热脱脂；
S5. 将脱脂好的不锈钢生坯，通过真空烧结，固结不锈钢生坯，经冷却至室温后，获得高度致密的不锈钢间接打印成品。
进一步地，所述步骤S1中，混合搅拌的时间2~6h，加温的温度160~180°C。
进一步地，所述步骤S2中，注射成形机或造丝机的注射嘴温度为160~180℃。
作为优选，所述步骤S2中，所述丝材的直径为1~5mm。
作为优选，所述步骤S3中，塑料3D打印机打印嘴的温度范围为160~180℃。
进一步地，所述步骤S4中，溶剂脱脂时，将打印的生坯放置在硝酸催化脱脂炉内进行，脱脂温度为100~140℃，脱脂通酸时间为5~20h；热脱脂时，对溶剂脱脂后的生坯进行烘干，时间为60~120min，然后放入脱脂烧结干馏炉，在氩气冲刷下缓慢升温至500~680℃，氩气流速为100~200L/h，保温时间为2~5h。
作为优选，所述步骤S5中，真空烧结时，烧结温度为1300~1320℃。
作为优选，所述步骤S2中，丝材的长度大于20cm。
本发明的不锈钢低成本间接增材制造方法，解决了常规的直接金属3D打印技术的设备成本限制问题，且避免了在制造过程中由于强非平衡状态下复杂的合金形变和组织演化引起不良反应，有效提高不锈钢零部件成品率，是对增材制造不锈钢领域的一个重要补充。
本发明具有材料成本低、加工设备简单、产品成品率高、产品质量好的有益效果。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释低成本不锈钢间接增材制造方法，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
实施例1：
把90wt.%的304不锈钢粉末与10wt.%的粘结剂倒入捏合机中的混炼腔内混合搅拌，混合搅拌的温度160°C，时间2h，粘结剂由下列重量份的原料制成：微晶蜡20份，聚甲醛60份，聚乙烯6份，石蜡3.5份，硬脂酸0.2份，304不锈钢粉末颗粒直径为8~12µm；待混合的粉体冷却后，通过造粒机或破碎机制备成粒状喂料，然后使用注射成形机或造丝机，将粒状喂料加工成含有粘结剂且直径为1~5mm丝材，注射嘴温度为160℃； 将含有粘结剂的丝材装载到常规的塑料3D打印机上，打印出不锈钢生坯，塑料3D打印机打印嘴的温度范围为160℃；把不锈钢生坯放置在100℃的硝酸催化炉内先进行溶剂脱脂, 脱脂通酸时间为5h；接着，对溶剂脱脂后的生坯进行烘干，时间为60min，然后放入脱脂烧结干馏炉，在氩气冲刷下缓慢升温至500℃，氩气流速为100L/h，保温时间为2h，最后，用脱脂烧结干馏炉真空烧结，烧结温度为1300℃，时间为4h，脱脂烧结干馏炉真空度调节至10-6mbar，冷却后可获得高度致密的不锈钢间接打印成品。
实施例2：把92wt.%的304不锈钢粉末与8wt.%的粘结剂倒入捏合机中的混炼腔内混合搅拌，混合搅拌的温度180°C，时间6h，粘结剂由下列重量份的原料制成：微晶蜡25份，聚甲醛70份，聚乙烯9份，石蜡4.5份，硬脂酸1份，304不锈钢粉末颗粒直径为8~12µm；待混合的粉体冷却后，通过造粒机或破碎机制备成粒状喂料，然后使用注射成形机或造丝机，将粒状喂料加工成含有粘结剂且直径为1~5mm丝材，注射嘴温度为180℃；将含有粘结剂的丝材装载到常规的塑料3D打印机上，打印出不锈钢生坯，塑料3D打印机打印嘴的温度范围为180℃；把不锈钢生坯放置在140℃的硝酸催化炉内先进行溶剂脱脂, 脱脂通酸时间为20h；接着，对溶剂脱脂后的生坯进行烘干，时间为120min，然后放入脱脂烧结干馏炉，在氩气冲刷下缓慢升温至680℃，氩气流速为200L/h，保温时间为5h，最后，用脱脂烧结干馏炉真空烧结，烧结温度为1320℃，时间3h，脱脂烧结干馏炉真空度调节至10-6mbar，冷却后可获得高度致密的不锈钢间接打印成品。
实施例3：把91wt.%的304不锈钢粉末与9wt.%的粘结剂倒入捏合机中的混炼腔内混合搅拌，混合搅拌的温度170°C，时间4h，粘结剂由下列重量份的原料制成：微晶蜡23份，聚甲醛65份，聚乙烯7份，石蜡4份，硬脂酸0.6份，304不锈钢粉末颗粒直径为8~12µm；待混合的粉体冷却后，通过造粒机或破碎机制备成粒状喂料，然后使用注射成形机或造丝机，将粒状喂料加工成含有粘结剂且直径为1~5mm丝材，注射嘴温度为170℃， 将含有粘结剂的丝材装载到常规的塑料3D打印机上，打印出不锈钢生坯，塑料3D打印机打印嘴的温度范围为170℃；把不锈钢生坯放置在120℃的硝酸催化炉内先进行溶剂脱脂, 脱脂通酸时间为13h；接着，对溶剂脱脂后的生坯进行烘干，时间为90min，然后放入脱脂烧结干馏炉，在氩气冲刷下缓慢升温至600℃，氩气流速为150L/h，保温时间为3.5h，最后，用脱脂烧结干馏炉真空烧结，烧结温度为1310℃，时间为5h，脱脂烧结干馏炉真空度调节至10-6mbar，冷却后可获得高度致密的不锈钢间接打印成品。
本发明的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而非是对本发明的实施方式的限定，凡是属于本发明的技术方案所做显而易见的任何形式的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种低成本不锈钢间接增材制造方法，其特征是，按如下步骤：
S1. 将不锈钢粉末与粘结剂进行充分混合搅拌且加温，其中，不锈钢粉末的颗粒规格为8~12µm，不锈钢粉末与粘结剂重量比为92:8~90:10；粘结剂由下列重量份的原料制成：微晶蜡20~25份，聚甲醛60~70份，聚乙烯6~9份，石蜡3.5~4.5份，硬脂酸0.2~1份；
S2. 待混合的粉体冷却后，通过造粒机或破碎机制备成粒状喂料，然后使用注射成形机或造丝机，将粒状喂料加工成含有粘结剂的丝材；
S3. 将含有粘结剂的丝材装载到常规的塑料3D打印机上，根据计算机中三维建模程序，打印出不锈钢生坯；
S4. 对不锈钢生坯先进行溶剂脱脂，再进行热脱脂；
S5. 将脱脂好的不锈钢生坯，通过真空烧结，固结不锈钢生坯，经冷却至室温后，获得高度致密的不锈钢间接打印成品。
2.如权利要求1所述的一种低成本不锈钢间接增材制造方法，其特征是，所述步骤S1中，混合搅拌的温度160~180°C，时间2~6h。
3.如权利要求1所述的一种低成本不锈钢间接增材制造方法，其特征是，所述步骤S2中，注射成形机或造丝机的注射嘴温度为160~180℃。
4.如权利要求1所述的一种低成本不锈钢间接增材制造方法，其特征是，所述步骤S2中，所述丝材的直径为1~5mm。
5.如权利要求1所述的一种低成本不锈钢间接增材制造方法，其特征是，所述步骤S3中，塑料3D打印机打印嘴的温度范围为160~180℃。
6.如权利要求1所述的一种低成本不锈钢间接增材制造方法，其特征是，所述步骤S4中，溶剂脱脂时，将打印的生坯放置在硝酸催化脱脂炉内进行，脱脂温度为100~140℃，脱脂通酸时间为5~20h；热脱脂时，对溶剂脱脂后的生坯进行烘干，时间为60~120min，然后放入脱脂烧结干馏炉，在氩气冲刷下缓慢升温至500~680℃，氩气流速为100~200L/h，保温时间为2~5h。
7.如权利要求1所述的一种低成本不锈钢间接增材制造方法，其特征是，所述步骤S5中，真空烧结时，烧结温度为1300~1320℃。
8.如权利要求1所述的一种低成本不锈钢间接增材制造方法，其特征是，所述步骤S2中，丝材的长度大于20cm。
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