CN111993529A - 一种光固化金属成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及增材制造技术领域，提供一种光固化金属成型方法，所述方法包括以下步骤：将金属氧化物粉体与含光敏树脂的光固化溶液混合，使用光固化打印技术使其形成打印坯体，在真空脱脂炉中对坯体进行排胶，在管式炉中进行氢气还原，在管式炉中进行烧结处理，得到致密的金属零部件。本发明所使用的金属氧化物比纯金属的吸光度明显降低，使得光敏树脂能够很好的固化成型，氢气还原过程可以将金属氧化物完全还原为纯金属，解决了金属粉体无法通过光固化打印的问题。

Description

一种光固化金属成型方法
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种光固化金属成型方法。
背景技术
增材制造技术即3D打印技术是一种通过材料的叠加来完成加工的先进制造技术，无需模具即可制造出复杂零部件。数字光处理技术(digital light processing,DLP)作为其重要组成部分，近些年来发展迅速，成型原理如下：根据模型的切片信息进行每一层的加工，当一层浆料固化完后，工作台下降一个层厚，浆料就会覆盖已经固化的一层，刮平后再进行下一层的轮廓加工直至加工完毕，后经脱脂、烧结处理得到成品。
在固化的过程当中，往往要求在光固化浆料中的粉体具有较低的吸光度，而金属材料的吸光度较高，在与含光敏树脂的光固化溶液混合后使其无法获得足够的光强，无法进行光固化成型。严重地限制了金属材料在光固化增材制造领域的发展。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种光固化金属成型方法，即先对金属氧化物进行光固化，后将其进行氢气还原反应还原为金属。一方面，金属氧化物的吸光度比金属低，能够进行光固化成型；另一方面，氢气还原过程非常洁净，还原的金属不会被杂质污染；还原效率高,达到100%。解决了现有的金属粉体难以通过光固化打印的问题。
本发明的技术方案为:
本发明提供了一种光固化金属成型方法，包括以下具体步骤：
S1.配置浆料，将金属氧化物粉体与光敏树脂混合，配置成浆料；
S2.使用光固化技术将浆料打印成坯体；
S3.在真空脱脂炉中进行排胶；
S4.在管式炉中进行氢气还原；
S5.在管式炉中进行烧结处理，得到致密的金属零部件。
进一步的，步骤S1所述金属氧化物为Fe、Cu、Ni、Co中的一种或多种氧化物；金属氧化物在光固化浆料中的含量为10-80 vol.%。
进一步的，步骤S3所述的排胶温度为200-500℃，时间为1-10h。
进一步的，步骤S4所述的氢气还原反应的气氛为惰性气体与氢气的混合气，氢气的比例为1-100%。
进一步的，步骤S4所述的氢气还原反应的温度为200-900℃，时间为1-8h。
进一步的，步骤S5所述的烧结的烧结气氛为惰性气体，温度为800-1500℃，时间为1-10h。
优选的，所述惰性气体为氩气或氮气。
本发明中，金属氧化物粉体与含光敏树脂的光固化溶液混合配置成打印浆料，与直接采用金属粉体相比，显著降低了浆料中固体粉末的吸光度，通过光固化打印得到坯体，再进行排胶、氢气还原、烧结；氢气还原过程非常洁净 ,还原的金属不会被杂质污染；还原效率高 ,达到100%，可获得致密的金属零部件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
实施例1
一种光固化金属成型方法，包括以下具体步骤：
S1.按照体积比为1:2将Fe3O4粉体与含光敏树脂的光固化溶液混合，配置成浆料；
S2.使用光固化技术将其打印成坯体；
S3.在真空脱脂炉中进行排胶，温度为400℃，时间为5h；
S4.排胶完成后，在管式炉中对其进行氢气还原反应，气氛为惰性气体与氢气的混合，氢气的比例为10%，反应温度为500℃，时间为2h；
S5.在惰性气体气氛条件下进行致密化烧结，温度为1200℃，时间为2h，获得金属零部件。
通过本发明的成型方法，测得打印样品的致密度为98.1%。
进一步的，所述惰性气体为氩气。
实施例2
一种光固化金属成型方法，包括以下具体步骤：
S1.按照体积比为1:1将Fe2O3粉体与含光敏树脂的光固化溶液混合，配置成浆料；
S2.使用光固化技术将其打印成坯体；
S3.在真空脱脂炉中进行排胶，温度为400℃，时间为5h；
S4.排胶完成后，在管式炉中对其进行氢气还原反应，气氛为惰性气体与氢气的混合，氢气的比例为10%，反应温度为600℃，时间为2h；
S5.在惰性气体气氛条件下进行致密化烧结，温度为1300℃，时间为2h，获得金属零部件。
通过本发明的成型方法，测得打印样品的致密度为98.9%。
进一步的，所述惰性气体为氮气。
实施例3
一种光固化金属成型方法，包括以下具体步骤：
S1.按照体积比为3:1将FeO粉体与含光敏树脂的光固化溶液混合，配置成浆料；
S2.使用光固化技术将其打印成坯体；
S3.在真空脱脂炉中进行排胶，温度为400℃，时间为5h；
S4.排胶完成后，在管式炉中对其进行氢气还原反应，气氛为惰性气体与氢气的混合，氢气的比例为10%，反应温度为700℃，时间为3h；
S5.在惰性气体气氛条件下进行致密化烧结，温度为1400℃，时间为2h，获得金属零部件。
通过本发明的成型方法，测得打印样品的致密度为99.5%。
进一步的，所述惰性气体为氮气。
实施例4
一种光固化金属成型方法，包括以下具体步骤：
S1.按照体积比为1:2将CuO粉体与含光敏树脂的光固化溶液混合，配置成浆料；
S2.使用光固化技术将其打印成坯体；
S3.在真空脱脂炉中进行排胶，温度为400℃，时间为5h；
S4.排胶完成后，在管式炉中对其进行氢气还原反应，气氛为惰性气体与氢气的混合，氢气的比例为10%，反应温度为240℃，时间为3h；
S5.在真空条件下进行致密化烧结，温度950℃，时间为2h，获得金属零部件。
通过本发明的成型方法，测得打印样品的致密度为98.3%。
进一步的，所述惰性气体为氩气。
实施例5
一种光固化金属成型方法，包括以下具体步骤：
S1.按照体积比为1:1将CuO粉体与含光敏树脂的光固化溶液混合，配置成浆料；
S2.使用光固化技术将其打印成坯体；
S3.在真空脱脂炉中进行排胶，温度为400℃，时间为5h；
S4.排胶完成后，在管式炉中对其进行氢气还原反应，气氛为惰性气体与氢气的混合，氢气的比例为10%，反应温度为240℃，时间为2h；
S5.在惰性气体气氛条件下进行致密化烧结，温度950℃，时间为2h，获得金属零部件。
通过本发明的成型方法，测得打印样品的致密度为99.2%。
进一步的，所述惰性气体为氩气。
实施例6
一种光固化金属成型方法，包括以下具体步骤：
S1.按照体积比为3:1将NiO粉体与含光敏树脂的光固化溶液混合，配置成浆料；
S2.使用光固化技术将其打印成坯体；
S3.在真空脱脂炉中进行排胶，温度为400℃，时间为5h；
S4.排胶完成后，在管式炉中对其进行氢气还原反应，气氛为惰性气体与氢气的混合，氢气的比例为10%，反应温度为400℃，时间为2h；
S5.在惰性气体气氛条件下进行致密化烧结，温度1200℃，时间为2h，获得金属零部件。
通过本发明的成型方法，测得打印样品的致密度为98.5%。
进一步的，所述惰性气体为氮气。
实施例7
一种光固化金属成型方法，包括以下具体步骤：
S1.按照体积比为1:2将NiO粉体与含光敏树脂的光固化溶液混合，配置成浆料；
S2.使用光固化技术将其打印成坯体；
S3.在真空脱脂炉中进行排胶，温度为400℃，时间为5h；
S4.排胶完成后，在管式炉中对其进行氢气还原反应，气氛为惰性气体与氢气的混合，氢气的比例为10%，反应温度为400℃，时间为3h；
S5.在惰性气体气氛条件下进行致密化烧结，温度1250℃，时间为2h，获得金属零部件。
通过本发明的成型方法，测得打印样品的致密度为99.3%。
进一步的，所述惰性气体为氮气。
实施例8
一种光固化金属成型方法，包括以下具体步骤：
S1.按照体积比为1:1将Co2O3粉体与含光敏树脂的光固化溶液混合，配置成浆料；
S2.使用光固化技术将其打印成坯体；
S3.在真空脱脂炉中进行排胶，温度为500℃，时间为5h；
S4.排胶完成后，在管式炉中对其进行氢气还原反应，气氛为惰性气体与氢气的混合，氢气的比例为10%，反应温度为600℃，时间为1h；
S5.在惰性气体气氛条件下进行致密化烧结，温度1250℃，时间为2h，获得金属零部件。
通过本发明的成型方法，测得打印样品的致密度为98.3%。
进一步的，所述惰性气体为氩气。
实施例9
一种光固化金属成型方法，包括以下具体步骤：
S1.按照体积比为2:1将CoO粉体与含光敏树脂的光固化溶液混合，配置成浆料；
S2.使用光固化技术将其打印成坯体；
S3.在真空脱脂炉中进行排胶，温度为500℃，时间为5h；
S4.排胶完成后，在管式炉中对其进行氢气还原反应，气氛为惰性气体与氢气的混合，氢气的比例为10%，反应温度为500℃，时间为3h；
S5.在惰性气体气氛条件下进行致密化烧结，温度1250℃，时间为2h，获得金属零部件。
通过本发明的成型方法，测得打印样品的致密度为98.9%。
进一步的，所述惰性气体为氩气。
实施例10
一种光固化金属成型方法，包括以下具体步骤：
S1.按照体积比为4:1将CoO粉体与含光敏树脂的光固化溶液混合，配置成浆料；
S2.使用光固化技术将其打印成坯体；
S3.在真空脱脂炉中进行排胶，温度为400℃，时间为5h；
S4.排胶完成后，在管式炉中对其进行氢气还原反应，气氛为惰性气体与氢气的混合，氢气的比例为10%，反应温度为600℃，时间为3h；
S5.在惰性气体气氛条件下进行致密化烧结，温度1300℃，时间为2h，获得金属零部件。
通过本发明的成型方法，测得打印样品的致密度为99.8%。
进一步的，所述惰性气体为氩气。
实施例11
一种光固化金属成型方法，包括以下具体步骤：
S1.按照体积比为1:1将CoO、Fe2O3、NiO、CuO粉体（重量比为1:1:1:1）与含光敏树脂的光固化溶液混合，配置成浆料；
S2.使用光固化技术将其打印成坯体；
S3.在真空脱脂炉中进行排胶，温度为400℃，时间为5h；
S4.排胶完成后，在管式炉中对其进行氢气还原反应，气氛为惰性气体与氢气的混合，氢气的比例为10%，反应温度为600℃，时间为3h；
S5.在惰性气体气氛条件下进行致密化烧结，温度1300℃，时间为2h，获得金属零部件。
通过本发明的成型方法，测得打印样品的致密度为99.2%。
进一步的，所述惰性气体为氮气。
对比例1
一种光固化金属成型方法，包括以下具体步骤：
S1.按照体积比为1:2将Fe粉与含光敏树脂的光固化溶液混合，配置成浆料；
S2.使用光固化技术尝试将其打印成坯体。
发现无法将所配浆料进行固化，打印失败。
对比例2
一种光固化金属成型方法，包括以下具体步骤：
S1.按照体积比为1:2将Cu粉与含光敏树脂的光固化溶液混合，配置成浆料；
S2.使用光固化技术尝试将其打印成坯体。
发现无法将所配浆料进行固化，打印失败。
对比例3
一种光固化金属成型方法，包括以下具体步骤：
S1.按照体积比为1:2将Ni粉与含光敏树脂的光固化溶液混合，配置成浆料；
S2.使用光固化技术尝试将其打印成坯体。
发现无法将所配浆料进行固化，打印失败。
对比例4
一种光固化金属成型方法，包括以下具体步骤：
S1.按照体积比为1:2将Co粉与含光敏树脂的光固化溶液混合，配置成浆料；
S2.使用光固化技术尝试将其打印成坯体。
发现无法将所配浆料进行固化，打印失败。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。需注意的是，本发明中所未详细描述的技术特征，均可以通过本领域任一现有技术实现。

Claims (8)

1.一种光固化金属成型方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1.将金属氧化物粉体与含光敏树脂的光固化溶液混合，配置成光固化浆料；
S2.使用光固化打印技术使其形成打印坯体；
S3.在真空脱脂炉中对坯体进行排胶；
S4.在管式炉中进行氢气还原；
S5.在管式炉中进行烧结处理，得到致密的金属零部件。
2.根据权利要求1所述的光固化金属成型方法，其特征在于，步骤S1所述的金属氧化物为Fe、Cu、Ni、Co中的一种或多种氧化物。
3.根据权利要求1所述的光固化金属成型方法，其特征在于，步骤S1所述的金属氧化物在光固化浆料中的含量为10-80 vol.%。
4.根据权利要求1所述的光固化金属成型方法，其特征在于，步骤S3所述的排胶温度为200-500℃，时间为1-10h。
5.根据权利要求1所述的光固化金属成型方法，其特征在于，步骤S4所述的氢气还原反应的气氛为惰性气体与氢气的混合气，氢气的比例为1-100%。
6.根据权利要求5所述的光固化金属成型方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气或氮气。
7.根据权利要求1所述的光固化金属成型方法，其特征在于，步骤S4所述的氢气还原反应的温度为200-900℃，时间为1-8h。
8.根据权利要求1所述的光固化金属成型方法，其特征在于，步骤S5所述的烧结气氛为惰性气体或真空，温度为800-1500℃，时间为1-10h。
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