CN112692300A - 一种金属陶瓷复合材料的3d打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及3D打印成型技术领域，提供一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法，旨在解决金属材料加陶瓷材料由于材料本身特性，很难通过同一种3D打印工艺完成打印的问题，包括以下步骤：S1、将金属粉末和陶瓷粉末分别进行球磨，并筛分收集得到粒径小于60微米的金属微粉料a和粒径小于45微米的陶瓷微粉料b；S2、将金属微粉料a和陶瓷微粉料b混合得到粉末A，对粉末A按照1:1.6的比例加入光敏树脂并混合均匀形成打印浆料B；S3、将打印浆料B送入光固化3D打印设备的原料仓内，输入设定好的打印件模型，光固化3D打印设备启动打印，先形成打印件的生胚C。本发明尤其适用于金属陶瓷复合材料的3D打印，具有较高的社会使用价值和应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印成型技术领域，具体涉及一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法。
背景技术
3D打印是新型的工件加工制造技术，其特点是在制造过程中采用从无到有的顺序增材制造，与传统的制造方法相比，增材制造的3D打印技术可在没有传统模具和夹具的情况下，快速制造出任意复杂而又具有一定功能的三维实体，具有更高的灵活性和使用性。
3D打印技术来成型制备工件具有成型速度快，性能好，精度高，能成型复杂结构产品的优点，被人们所接受并在各个领域得到应用。现有3D打印技术中，陶瓷打印一般通过陶瓷粉末与光敏树脂制备浆料，采用光固化成型方式打印陶瓷零件，但是金属材料加陶瓷材料由于材料本身特性，很难通过同一种3D打印工艺完成打印。为此，我们提出了一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法，克服了现有技术的不足，设计合理，结构紧凑，旨在解决金属材料加陶瓷材料由于材料本身特性，很难通过同一种3D打印工艺完成打印的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法，包括以下步骤：
S1、将金属粉末和陶瓷粉末分别进行球磨，并筛分收集得到粒径小于60微米的金属微粉料a和粒径小于45微米的陶瓷微粉料b；
S2、将金属微粉料a和陶瓷微粉料b混合得到粉末A，对粉末A按照1:1.6的比例加入光敏树脂并混合均匀形成打印浆料B；
S3、将打印浆料B送入光固化3D打印设备的原料仓内，输入设定好的打印件模型，光固化3D打印设备启动打印，先形成打印件的生胚C；
S4、成型的打印件生胚C取出并送入烧结炉内，脱脂烧结，高温蒸发生胚中的光敏树脂材料，打印件成型。
优选的，所述金属粉末为Ni、Co、Cr、Fe和Mo中的一种或多种。
优选的，所述陶瓷粉末为WC、Cr3C2、TiC和WB中的一种或多种。
优选的，所述步骤S2中，按重量份计，粉末A中金属微粉料a和陶瓷微粉料b的比例为60～70：30～40。
优选的，所述步骤S2中，光敏树脂由14～18％齐聚物、50～60％的光引发剂和22～36％的稀释剂配制而成。
优选的，所述步骤S4中，打印件生胚C在烧结炉内的烧结温度为1060～1200℃，烧结时间为1h。
优选的，所述步骤S4中，打印件生胚C烧结时，烧结炉通过抽真空装置将炉内压力降至11～6kPa。
优选的，所述步骤S3中，光固化3D打印设备包括机体机架、设置在机体机架下部的原料仓和设置在机体机架上部的打印仓，打印仓的前壁上安装有用于取出打印件生胚C的打印仓门；
所述打印仓的底壁上设有用于打印件生胚C成型的底座，且打印仓的内腔上部设有3D打印头，3D打印头通过原料管道与原料仓贯通连接，3D打印头安装在三轴机械臂上，三轴机械臂安装在打印仓的上端。
优选的，所述3D打印头的材质为合成钨，且3D打印头的输出口径为0.1～0.14毫米。
(三)有益效果
本发明实施例提供了一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法，具备以下有益效果：
本发明通过调整金属粉末和陶瓷粉末不同的配比，得到性能要求不同的特殊打印工件，能够满足不同工件在不同工况下的使用需求，且通过烧结的方式处理，使得金属陶瓷复合材料可以进行单次同时打印，处理后的打印工件进行充分的定型，坚固耐用，更符合使用需求，同时陶瓷和金属的混合材质，打印出的工件同时具有金属工件和陶瓷工件的性能，满足某些需要两种材料性能相结合的应用工况。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为本发明的流程框图；
图2为本发明中光固化3D打印设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
实施例1
一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法，包括以下步骤：
S1、将金属粉末和陶瓷粉末分别进行球磨，并筛分收集得到粒径小于60微米的金属微粉料a和粒径小于45微米的陶瓷微粉料b；
S2、将60重量份的金属微粉料a和40重量份的陶瓷微粉料b混合得到粉末A，对粉末A按照1:1.6的比例加入光敏树脂并混合均匀形成打印浆料B；
其中，光敏树脂由14％齐聚物、50％的光引发剂和36％的稀释剂配制而成；
S3、将打印浆料B送入光固化3D打印设备的原料仓内，输入设定好的打印件模型，光固化3D打印设备启动打印，先形成打印件的生胚C；
S4、成型的打印件生胚C取出并送入烧结炉内，脱脂烧结，烧结炉通过抽真空装置将炉内压力降至11～6kPa，打印件生胚C在烧结炉内的烧结温度为1060℃，烧结时间为1h，高温蒸发生胚中的光敏树脂材料，打印件成型。
所述金属粉末为Ni、Co、Cr、Fe和Mo中的一种或多种。
所述陶瓷粉末为WC、Cr3C2、TiC和WB中的一种或多种。
本实施例中，如图1所示，光固化3D打印设备包括机体机架1、设置在机体机架1下部的原料仓2和设置在机体机架1上部的打印仓3，打印仓3的前壁上安装有用于取出打印件生胚C的打印仓门4；
所述打印仓3的底壁上设有用于打印件生胚C成型的底座，且打印仓3的内腔上部设有3D打印头5，3D打印头5通过原料管道与原料仓2贯通连接，3D打印头5安装在三轴机械臂6上，三轴机械臂6安装在打印仓3的上端，所述3D打印头5的材质为合成钨，且3D打印头5的输出口径为0.14毫米。
实施例2
一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法，包括以下步骤：
S1、将金属粉末和陶瓷粉末分别进行球磨，并筛分收集得到粒径小于60微米的金属微粉料a和粒径小于45微米的陶瓷微粉料b；
S2、将65重量份的金属微粉料a和35重量份的陶瓷微粉料b混合得到粉末A，对粉末A按照1:1.6的比例加入光敏树脂并混合均匀形成打印浆料B；
其中，光敏树脂由16％齐聚物、54％的光引发剂和30％的稀释剂配制而成；
S3、将打印浆料B送入光固化3D打印设备的原料仓内，输入设定好的打印件模型，光固化3D打印设备启动打印，先形成打印件的生胚C；
S4、成型的打印件生胚C取出并送入烧结炉内，脱脂烧结，烧结炉通过抽真空装置将炉内压力降至11～6kPa，打印件生胚C在烧结炉内的烧结温度为1120℃，烧结时间为1h，高温蒸发生胚中的光敏树脂材料，打印件成型。
所述金属粉末为Ni、Co、Cr、Fe和Mo中的一种或多种。
所述陶瓷粉末为WC、Cr3C2、TiC和WB中的一种或多种。
本实施例中，如图1所示，光固化3D打印设备包括机体机架1、设置在机体机架1下部的原料仓2和设置在机体机架1上部的打印仓3，打印仓3的前壁上安装有用于取出打印件生胚C的打印仓门4；
所述打印仓3的底壁上设有用于打印件生胚C成型的底座，且打印仓3的内腔上部设有3D打印头5，3D打印头5通过原料管道与原料仓2贯通连接，3D打印头5安装在三轴机械臂6上，三轴机械臂6安装在打印仓3的上端，所述3D打印头5的材质为合成钨，且3D打印头5的输出口径为0.12毫米。
实施例3
一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法，包括以下步骤：
S1、将金属粉末和陶瓷粉末分别进行球磨，并筛分收集得到粒径小于60微米的金属微粉料a和粒径小于45微米的陶瓷微粉料b；
S2、将70重量份的金属微粉料a和30重量份的陶瓷微粉料b混合得到粉末A，对粉末A按照1:1.6的比例加入光敏树脂并混合均匀形成打印浆料B；
其中，光敏树脂由18％齐聚物、60％的光引发剂和22％的稀释剂配制而成；
S3、将打印浆料B送入光固化3D打印设备的原料仓内，输入设定好的打印件模型，光固化3D打印设备启动打印，先形成打印件的生胚C；
S4、成型的打印件生胚C取出并送入烧结炉内，脱脂烧结，烧结炉通过抽真空装置将炉内压力降至11～6kPa，打印件生胚C在烧结炉内的烧结温度为1200℃，烧结时间为1h，高温蒸发生胚中的光敏树脂材料，打印件成型。
所述金属粉末为Ni、Co、Cr、Fe和Mo中的一种或多种。
所述陶瓷粉末为WC、Cr3C2、TiC和WB中的一种或多种。
本实施例中，如图1所示，光固化3D打印设备包括机体机架1、设置在机体机架1下部的原料仓2和设置在机体机架1上部的打印仓3，打印仓3的前壁上安装有用于取出打印件生胚C的打印仓门4；
所述打印仓3的底壁上设有用于打印件生胚C成型的底座，且打印仓3的内腔上部设有3D打印头5，3D打印头5通过原料管道与原料仓2贯通连接，3D打印头5安装在三轴机械臂6上，三轴机械臂6安装在打印仓3的上端，所述3D打印头5的材质为合成钨，且3D打印头5的输出口径为0.1毫米。
根据本发明上述实施例的金属陶瓷复合材料的3D打印方法，通过调整金属粉末和陶瓷粉末不同的配比，得到性能要求不同的特殊打印工件，能够满足不同工件在不同工况下的使用需求，且通过烧结的方式处理，使得金属陶瓷复合材料可以进行单次同时打印，处理后的打印工件进行充分的定型，坚固耐用，更符合使用需求，同时陶瓷和金属的混合材质，打印出的工件同时具有金属工件和陶瓷工件的性能，满足某些需要两种材料性能相结合的应用工况。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将金属粉末和陶瓷粉末分别进行球磨，并筛分收集得到粒径小于60微米的金属微粉料a和粒径小于45微米的陶瓷微粉料b；
S2、将金属微粉料a和陶瓷微粉料b混合得到粉末A，对粉末A按照1:1.6的比例加入光敏树脂并混合均匀形成打印浆料B；
S3、将打印浆料B送入光固化3D打印设备的原料仓内，输入设定好的打印件模型，光固化3D打印设备启动打印，形成打印件的生胚C；
S4、成型的打印件生胚C取出并送入烧结炉内，脱脂烧结，高温蒸发生胚中的光敏树脂材料，打印件成型。
2.如权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法，其特征在于：所述金属粉末为Ni、Co、Cr、Fe和Mo中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法，其特征在于：所述陶瓷粉末为WC、Cr3C2、TiC和WB中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法，其特征在于：所述步骤S2中，按重量份计，粉末A中金属微粉料a和陶瓷微粉料b的比例为60～70：30～40。
5.如权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法，其特征在于：所述步骤S2中，光敏树脂由14～18％齐聚物、50～60％的光引发剂和22～36％的稀释剂配制而成。
6.如权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法，其特征在于：所述步骤S4中，打印件生胚C在烧结炉内的烧结温度为1060～1200℃，烧结时间为1h。
7.如权利要求1或5所述的一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法，其特征在于：所述步骤S4中，打印件生胚C烧结时，烧结炉通过抽真空装置将炉内压力降至11～6kPa。
8.如权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法，其特征在于：所述步骤S3中，光固化3D打印设备包括机体机架、设置在机体机架下部的原料仓和设置在机体机架上部的打印仓，打印仓的前壁上安装有用于取出打印件生胚C的打印仓门；
所述打印仓的底壁上设有用于打印件生胚C成型的底座，且打印仓的内腔上部设有3D打印头，3D打印头通过原料管道与原料仓贯通连接，3D打印头安装在三轴机械臂上，三轴机械臂安装在打印仓的上端。
9.如权利要求7所述的一种金属陶瓷复合材料的3D打印方法，其特征在于：所述3D打印头的材质为合成钨，且3D打印头的输出口径为0.1～0.14毫米。
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