CN112338200A - 一种3d打印用金属喂料、线材及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印用金属喂料、线材及其制备方法和应用，包括为任意金属材料的金属粉末以及用于包裹金属粉末用的包裹剂，所述包裹剂包裹金属粉末后其制作成颗粒状。本发明将粉末注射成型技术与3D打印技术结合，可以快速打印制作出复杂的产品，缩短开发流程，实现量产普及化，具有良好的经济效益和广阔的应用前景。

Description

一种3D打印用金属喂料、线材及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及3D打印领域，具体涉及一种3D打印用金属喂料、线材及其制备方法和应用。
背景技术
3D打印技术最早出现于20世纪，近年来以其巨大的应用潜力正成为一个世界性研究热点。3D打印存在很多不同的技术，如熔融沉积法、选择性激光烧结法、光固化法、叠层法等。在这些方法中，熔融沉积法是应用最广泛的3D打印技术，其基本原理为：将热熔性线材加热至熔融状态，通过喷头使之挤喷涂覆在已固化的材料层上，自上而下逐层叠加并固化成型。目前，FDM工艺中常用的材料为热塑性塑料材料，如ABS、PLA等，这些材料通常不具有导电性，只能制作塑料模型或者零件，因而限制了这种打印技术的推广。
金属材料的3D打印技术作为3D打印制造体系中最为前沿且最有工程应用潜力的技术，是加快发展智能制造新技术、新装备的重点发展方向之一。其中，专用金属打印材料、工艺技术水平与制造装备及核心器件的创新研发和成果转化是发展3D打印先进制造技术的关键技术节点。目前可用于3D印的金属材料主要为高熔点金属粉末，以激光或高能电子束作为加工热源，需要功率调控、送粉机构、高真空或惰性气体保护等配套装置。与传统加工方法相比，现有金属3D打印技术虽极具优势，但仍存在成形温度高、能源消耗大、金属液固相变过程复杂、工艺影响因素多、设备维护费用昂贵等缺陷，且无法顾及与非金属材料在熔点温度上的巨大差异，难以用于直接打印终端功能性器件，特别是含有电子功能的器件制造，仍需要另外安装电路板、布线及组装电子元件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是一种3D打印用金属喂料、线材及其制备方法和应用，将金属粉末制作成颗粒状再用颗粒喂料用拉线机生产成线材，可以有效的解决现有技术中因喂料形态而导致的原料浪费、设备复杂昂贵、精度不足等问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种3D打印用金属喂料，包括为任意金属材料的金属粉末以及用于包裹金属粉末用的包裹剂，所述包裹剂包裹金属粉末后其制作成颗粒状。
作为优选的技术方案，按体积百分含量计,所述喂料由以下组分组成：5％-85％金属粉体，15-88％包裹剂；
作为优选的技术方案，所述包裹剂为高分子粘结剂。
作为优选的技术方案，所述高分子粘结剂为塑基粘结剂或蜡基粘结剂。
一种金属喂料制备而成的线材，将颗粒状的金属喂料用拉线机生产成线材。
一种3D打印用金属喂料的制备方法：
1)将配方量的金属粉体和高分子粘结剂进行混炼，使高分子粘结剂包裹在金属粉体的外部；
2)将1)中经高分子粘结剂包裹的金属粉体挤出成颗粒状，冷却后得到颗粒状的金属喂料，颗粒之间的直径大小为任意大小。
作为优选的技术方案，混炼时的温度为100度到220度之间，优选为200度，混炼的时间为2-4小时，优选为3小时，使得高分子粘结剂充分包裹金属粉末。
一种金属喂料的应用，其特征在于：
S1、将颗粒状喂料制成的线材进行卷绕成任意所需要的形状后，将其加入到3D打印机中；
S2、利用3D打印机打印出预设形状的生坯，再对打印出来的生坯进行脱脂、烧结，并得到烧结件；
S3、对S2中所得的烧结件进行后续处理。
作为优选的技术方案，S2中，烧结的时间为2-3h。
本发明的有益效果是：本发明将粉末注射成型技术与3D打印技术结合，可以快速打印制作出复杂的产品，缩短开发流程，实现量产普及化，具有良好的经济效益和广阔的应用前景，可以有效的解决现有技术中因喂料形态而导致的原料浪费、设备复杂昂贵、精度不足等问题。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
实施例1
本发明的喂料由任意金属材料的金属粉末以及用于包裹金属粉末用的包裹剂，本实施例中，包裹剂包裹金属粉末后其制作成颗粒状。
按体积百分含量计,喂料由以下组分组成：5％-85％金属粉体，15-88％包裹剂，本实施例中，金属粉体选用50％，包裹剂选用50％；
本实施例中，包裹剂为高分子粘结剂，高分子粘结剂为塑基粘结剂或蜡基粘结剂。
制得上述颗粒状的金属喂料后，利用拉线机，将颗粒状的金属喂料用拉线机生产成线材。
本实施例中，喂料的方法如下：
1)将配方量的金属粉体和高分子粘结剂进行混炼，使高分子粘结剂包裹在金属粉体的外部；
2)将1)中经高分子粘结剂包裹的金属粉体挤出成颗粒状，冷却后得到颗粒状的金属喂料，颗粒之间的直径大小为任意大小。
本实施例中，混炼时的温度为100度到220度之间，优选为200度，混炼的时间为2-4小时，优选为3小时，使得高分子粘结剂充分包裹金属粉末。
应用如下：
(1)将所述线状的喂料作为原料,经由3D打印机打印出预设形状的生坯；
(2)将步骤1得到的生坯进行脱脂,得到褐坯；
(3)将步骤3)得到的褐坯进行烧结,得到烧结件，本实施例中烧结温度为1350度，烧结的时间为3小时；对步骤3)得到的烧结件进行后加工。
步骤(2)中，褐坯中的高分子粘结剂脱除量为总量的8-12％，本实施例选用11％。
本实施例中，步骤(2)所述脱脂的方法为热脱脂、水脱脂、酸脱脂或有机溶剂脱脂中的任意一种。
实施例2
本发明的喂料由任意金属材料的金属粉末以及用于包裹金属粉末用的包裹剂，本实施例中，包裹剂包裹金属粉末后其制作成颗粒状。
按体积百分含量计,喂料由以下组分组成：5％-85％金属粉体，15-88％包裹剂，本实施例中，金属粉体选用60％，包裹剂选用40％；
本实施例中，包裹剂为高分子粘结剂，高分子粘结剂为塑基粘结剂或蜡基粘结剂。
制得上述颗粒状的金属喂料后，利用拉线机，将颗粒状的金属喂料用拉线机生产成线材。
本实施例中，喂料的方法如下：
1)将配方量的金属粉体和高分子粘结剂进行混炼，使高分子粘结剂包裹在金属粉体的外部；
2)将1)中经高分子粘结剂包裹的金属粉体挤出成颗粒状，冷却后得到颗粒状的金属喂料，颗粒之间的直径大小为任意大小。
本实施例中，混炼时的温度为100度到220度之间，优选为180度，混炼的时间为2-4小时，优选为3.5小时，使得高分子粘结剂充分包裹金属粉末。
应用如下：
(1)将所述线状的喂料作为原料,经由3D打印机打印出预设形状的生坯；
(2)将步骤1得到的生坯进行脱脂,得到褐坯；
(3)将步骤3)得到的褐坯进行烧结,得到烧结件，本实施例中烧结温度为1350度，烧结的时间为3小时；对步骤3)得到的烧结件进行后加工。
步骤(2)中，褐坯中的高分子粘结剂脱除量为总量的8-12％，本实施例选用10％。
本实施例中，步骤(2)所述脱脂的方法为热脱脂、水脱脂、酸脱脂或有机溶剂脱脂中的任意一种。
本发明的有益效果是：本发明将粉末注射成型技术与3D打印技术结合，可以快速打印制作出复杂的产品，缩短开发流程，实现量产普及化，具有良好的经济效益和广阔的应用前景，可以有效的解决现有技术中因喂料形态而导致的原料浪费、设备复杂昂贵、精度不足等问题。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种3D打印用金属喂料，其特征在于：包括为任意金属材料的金属粉末以及用于包裹金属粉末用的包裹剂，所述包裹剂包裹金属粉末后其制作成颗粒状。
2.根据权利要求1所述的金属喂料，其特征在于：按体积百分含量计,所述喂料由以下组分组成：5％-85％金属粉体，15-88％包裹剂。
3.根据权利要求1所述的金属喂料，其特征在于：所述包裹剂为高分子粘结剂。
4.根据权利要求3所述的金属喂料，其特征在于：所述高分子粘结剂为塑基粘结剂或蜡基粘结剂。
5.一种利用权利要求1-4所述的金属喂料制备而成的线材，其特征在于：将颗粒状的金属喂料用拉线机生产成线材。
6.一种3D打印用金属喂料的制备方法，其特征在于：
1)将配方量的金属粉体和高分子粘结剂进行混炼，使高分子粘结剂包裹在金属粉体的外部；
2)将1)中经高分子粘结剂包裹的金属粉体挤出成颗粒状，冷却后得到颗粒状的金属喂料，颗粒之间的直径大小为任意大小。
7.根据权利要求6所述的3D打印用金属喂料的制备方法，其特征在于：混炼时的温度为100度到220度之间，优选为200度，混炼的时间为2-4小时，优选为3小时，使得高分子粘结剂充分包裹金属粉末。
8.一种利用权利要求1-7任一项所述的金属喂料的应用，其特征在于：
S1、将颗粒状喂料制成的线材进行卷绕成任意所需要的形状后，将其加入到3D打印机中；
S2、利用3D打印机打印出预设形状的生坯，再对打印出来的生坯进行脱脂、烧结，并得到烧结件；
S3、对S2中所得的烧结件进行后续处理。
9.根据权利要求8所述的金属喂料的应用，其特征在于：S2中，烧结的时间为2-3h。
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