CN112792352A - 一种利用钨粉熔丝喷射3d打印钨坯渗铜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法,涉及3D打印技术领域,包括S1:原料配比、S2:制作钨基塑料丝材、S3:3D打印、S4:高温烧结、S5:渗铜、S6:热处理、S7:机加工,采用钨粉与塑基材料混合,做成钨基塑料丝材,再通过送丝机加热成熔融的流体喷射3D打印成设计好的钨坯,钨坯经过高温烧结,脱去塑基高分子材料,制成多孔隙钨坯,再进行渗铜获得需要的钨铜零件,本发明采用喷射3D打印,打印效率比较高,打印设备简单化,使打印成本大幅度降低,采用喷射打印的钨坯,贴近传统钨粉压制烧结工艺,钨粉没有熔化,保留的渗铜孔隙均匀。
Description
技术领域
本发明涉及由金属粉末制造制品技术领域,具体是涉及一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法。
背景技术
3D打印(3DP)即快速成型技术的一种,又称增材制造,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于一些产品的直接制造,已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
2019年1月14日,美国加州大学圣迭戈分校首次利用快速3D打印技术,制造出模仿中枢神经系统结构的脊髓支架,成功帮助大鼠恢复了运动功能。
2020年5月5日,中国首飞成功的长征五号B运载火箭上,搭载着“3D打印机”。这是中国首次太空3D打印实验,也是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的3D打印实验。
常规激光打印CuW制造方法是钨坯零件建模-激光打印成型-基板与钨坯切割分离-高温渗铜,获得需要形状的钨铜零件。而常规3D打印钨坯效率很低,打印速度100g/小时,无法满足批量生产钨铜零件的生产能力。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法。
本发明的技术方案是:一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法,包括以下步骤:
S1:原料配比
将塑基材料与钨粉按体积比3:5放入搅拌装置中进行混合,搅拌速度80-120r/min,搅拌时长0.5-1h;得到混合原料,再将混合原料加入至混料机中进行进一步混合,混料机温度保持在300-325℃,形成钨基塑料丝原料;
S2:制作钨基塑料丝材
将步骤S1中得到的钨基塑料丝原料通过挤出机挤出,挤出温度在275-280℃、挤出压力保持在3.1-3.3bar,挤出钨基塑料丝直径为1-2mm,钨基塑料丝挤出后采用风冷的方式,使钨基塑料丝冷却成型,再将成型后的钨基塑料丝通过绕线机绕制成捆;
S3:3D打印
通过计算机对需要打印的钨坯进行建模,设定截面高度,通过计算机将三维模型分割成层,将每层截面信息按顺序存储在计算机中,采用塑料基座,控制喷嘴靠近基座进行逐层打印,打印时伴随风冷固化,冷风温度5-10℃,打印完成后卸下塑料基座,采用线切割技术,将基座与钨坯进行分离;
S4:高温烧结
将钨坯放置在真空烧结炉内进行烧结,炉内温度1300-2000℃;烧结时长1-2h,脱去塑基高分子材料塑料材料后,得到多孔隙钨坯;
S5:渗铜
将所述多孔隙钨坯放置在陶瓷坩埚中,再向坩埚中加入纯铜颗粒作为熔渗剂,通过最终成型材料的含铜量、多孔隙钨坯重量和熔渗剂的浸泡高度计算得出所加入纯铜颗粒的量,再将所述陶瓷坩埚放入马弗炉中进行加热,加热温度为1200-2000℃,加热时充入氢气作为保护气体,渗铜处理完成后进行冷却,得到钨铜毛坯;
S6:热处理
将钨铜毛坯整体加热至700-800℃后,保持2-3h,将温度降至300-350℃,保持0.5-1h后,对钨铜毛坯进行风冷至钨铜毛坯整体温度降至室温;
S7:机加工
对钨铜毛坯表面进行机加工,得到成品零件。
进一步地,所述塑基材料的制备方法包括以下步骤:
S1-1:对木质纤维素进行氮化反应处理,得到氮化木质纤维素;
S1-2:取大豆淀粉10-15份、聚乙烯树脂1-3份、聚乳酸3-5份、聚丁二酸丁二醇酯2-4份、聚己内酯1-3份、硫醇3-5份加入到密炼机中进行密炼处理,密炼温度为150-160℃,密炼时间为20-25min得到密炼产物:
S1-3:将步骤S1-2得到的密练产物放进陈化室进行陈化处理,得到陈化产物,取步骤S1-1中得到的氮化木质纤维素10-20份、陈化产物15-25份、甘油5-7份添加到挤出机中,挤出后造粒,即得到塑基材料,所生产的塑基材料在高温烧结时产生的污染物较小。
进一步地,所述步骤S1-3中的陈化温度为80-85℃,空气中相对湿度为60-65%,陈化处理时长为20-24h。
进一步地,所述步骤S1中所采用的钨粉纯度为99.2%-99.6%。
进一步地,步骤S5中冷却时保证多孔隙钨坯上低下高的温度梯度,进行由上而下冷却,冷却完成后去除多余熔渗剂,多孔隙钨坯上部的液态铜冷却凝固产生收缩后,底部液态铜能及时补充,能有效避免渗铜不均的情况发生。
进一步地,步骤S3中的打印层厚为0.3-0.5mm,打印速度为30-35mm/s,喷嘴直径为0.5-0.8mm,喷嘴温度为215-225℃。
进一步地,所述步骤S1中混料机内真空度为0.5-1Pa。
进一步地,步骤S6中将温度降至300-350℃的过程中,降温速度为80-100℃/min。
进一步地,所述步骤S5中马弗炉内充入氢气作为保护气体时,需保证炉内气压为250-300Pa,氢气作为保护气体可以消耗高温下消耗炉内氧气,能有效防止钨铜毛坯在渗铜时被氧化。
进一步地,所述S4中高温烧结时真空烧结炉内的真空度为0.2-0.5Pa,防止钨氧化。
本发明的有益效果是:
(1)本发明提出了一种新的制造钨粉打印模式,采用钨粉与塑基材料混合,做成钨基塑料丝材,再通过送丝机加热成熔融的流体,喷射3D打印成设计好的钨坯,钨坯经过高温烧结,脱去塑基高分子材料,制成多孔隙钨坯,再进行渗铜获得需要的钨铜零件,这种采用喷射3D打印,打印效率比较高。
(2)本发明的打印设备简单化,使打印成本大幅度降低,工业化可行性增加;塑料喷射打印机大约2-5万/台。激光打印机大约150-300万/台,采用本发明的打印方法,可以降低钨铜零件的生产成本。
(3)采用本发明的方法打印的钨坯,贴近传统钨粉压制烧结工艺,钨粉没有熔化,保留的渗铜孔隙均匀;而激光3D打印钨坯,钨粉局部熔化再快速凝固,使钨坯很脆,最终渗铜后整体抗弯强度降低,只能使用在不要求抗弯强度的场合;而本发明采用喷射打印这种方式避免了钨坯脆性化问题,制造的钨合金更接近常规粉末压制渗铜的产品。
具体实施方式
实施例1:
一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法,包括以下步骤:
S1:原料配比
将塑基材料与钨粉按体积比3:5放入搅拌装置中进行混合,钨粉纯度为99.2%,搅拌速度80r/min,搅拌时长0.5h;得到混合原料,再将混合原料加入至混料机中进行进一步混合,混料机温度保持在300℃,混料机内真空度为0.5Pa,形成钨基塑料丝原料;
S2:制作钨基塑料丝材
将步骤S1中得到的钨基塑料丝原料通过挤出机挤出,挤出温度在275℃、挤出压力保持在3.1bar,挤出钨基塑料丝直径为1mm,钨基塑料丝挤出后采用风冷的方式,使钨基塑料丝冷却成型,再将成型后的钨基塑料丝通过绕线机绕制成捆;
S3:3D打印
通过计算机对需要打印的钨坯进行建模,设定截面高度,通过计算机将三维模型分割成层,将每层截面信息按顺序存储在计算机中,采用塑料基座,控制喷嘴靠近基座进行逐层打印,打印层厚为0.3mm,打印速度为30mm/s,喷嘴直径为0.5mm,喷嘴温度为215℃,打印时伴随风冷固化,冷风温度5℃,打印完成后卸下塑料基座,采用线切割技术,将基座与钨坯进行分离;
S4:高温烧结
将钨坯放置在真空烧结炉内进行烧结,炉内温度1300℃;烧结时长1h,高温烧结时真空烧结炉内的真空度为0.2Pa,防止钨氧化,脱去塑基高分子材料塑料材料后,得到多孔隙钨坯;
S5:渗铜
将所述多孔隙钨坯放置在陶瓷坩埚中,再向坩埚中加入纯铜颗粒作为熔渗剂,通过最终成型材料的含铜量、多孔隙钨坯重量和熔渗剂的浸泡高度计算得出所加入纯铜颗粒的量,再将所述陶瓷坩埚放入马弗炉中进行加热,加热温度为1200℃,加热时充入氢气作为保护气体,马弗炉内充入氢气作为保护气体时,需保证炉内气压为250Pa,氢气作为保护气体可以消耗高温下消耗炉内氧气,能有效防止钨铜毛坯在渗铜时被氧化,渗铜处理完成后进行冷却,冷却时保证多孔隙钨坯上低下高的温度梯度,进行由上而下冷却,冷却完成后去除多余熔渗剂,多孔隙钨坯上部的液态铜冷却凝固产生收缩后,底部液态铜能及时补充,能有效避免产生渗铜不均,得到钨铜毛坯;
S6:热处理
将钨铜毛坯整体加热至700℃后,保持2h,将温度降至300℃的过程中,降温速度为80℃/min,保持0.5h后,对钨铜毛坯进行风冷至钨铜毛坯整体温度降至室温;
S7:机加工
对钨铜毛坯表面进行机加工,得到成品零件。
本实施例的塑基材料采用的是现有技术中常见的3D打印用塑基材料,例如PVC。
实施例2:
一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法,包括以下步骤:
S1:原料配比
将塑基材料与钨粉按体积比3:5放入搅拌装置中进行混合,钨粉纯度为99.2%,搅拌速度80r/min,搅拌时长0.5h;得到混合原料,再将混合原料加入至混料机中进行进一步混合,混料机温度保持在300℃,混料机内真空度为0.5Pa,形成钨基塑料丝原料;
S2:制作钨基塑料丝材
将步骤S1中得到的钨基塑料丝原料通过挤出机挤出,挤出温度在275℃、挤出压力保持在3.1bar,挤出钨基塑料丝直径为1mm,钨基塑料丝挤出后采用风冷的方式,使钨基塑料丝冷却成型,再将成型后的钨基塑料丝通过绕线机绕制成捆;
S3:3D打印
通过计算机对需要打印的钨坯进行建模,设定截面高度,通过计算机将三维模型分割成层,将每层截面信息按顺序存储在计算机中,采用塑料基座,控制喷嘴靠近基座进行逐层打印,打印层厚为0.3mm,打印速度为30mm/s,喷嘴直径为0.5mm,喷嘴温度为215℃,打印时伴随风冷固化,冷风温度5℃,打印完成后卸下塑料基座,采用线切割技术,将基座与钨坯进行分离;
S4:高温烧结
将钨坯放置在真空烧结炉内进行烧结,炉内温度1300℃;烧结时长1h,高温烧结时真空烧结炉内的真空度为0.2Pa,防止钨氧化,脱去塑基高分子材料塑料材料后,得到多孔隙钨坯;
S5:渗铜
将所述多孔隙钨坯放置在陶瓷坩埚中,再向坩埚中加入纯铜颗粒作为熔渗剂,通过最终成型材料的含铜量、多孔隙钨坯重量和熔渗剂的浸泡高度计算得出所加入纯铜颗粒的量,再将所述陶瓷坩埚放入马弗炉中进行加热,加热温度为1200℃,加热时充入氢气作为保护气体,马弗炉内充入氢气作为保护气体时,需保证炉内气压为250Pa,氢气作为保护气体可以消耗高温下消耗炉内氧气,能有效防止钨铜毛坯在渗铜时被氧化,渗铜处理完成后进行冷却,冷却时保证多孔隙钨坯上低下高的温度梯度,进行由上而下冷却,冷却完成后去除多余熔渗剂,多孔隙钨坯上部的液态铜冷却凝固产生收缩后,底部液态铜能及时补充,能有效避免产生渗铜不均,得到钨铜毛坯;
S6:热处理
将钨铜毛坯整体加热至700℃后,保持2h,将温度降至300℃的过程中,降温速度为80℃/min,保持0.5h后,对钨铜毛坯进行风冷至钨铜毛坯整体温度降至室温;
S7:机加工
对钨铜毛坯表面进行机加工,得到成品零件。
所述塑基材料的制备方法包括以下步骤:
S1-1:对木质纤维素进行氮化反应处理,得到氮化木质纤维素;
S1-2:取大豆淀粉10份、聚乙烯树脂1份、聚乳酸3份、聚丁二酸丁二醇酯2份、聚己内酯1份、硫醇3份加入到密炼机中进行密炼处理,密炼温度为150℃,密炼时间为20min得到密炼产物:
S1-3:将步骤S1-2得到的密练产物放进陈化室进行陈化处理,陈化温度为80℃,空气中相对湿度为60%,陈化处理时长为20h,得到陈化产物;取步骤S1-1中得到的氮化木质纤维素10份、陈化产物15份、甘油5份添加到挤出机中,挤出后造粒,即得到塑基材料,所生产的塑基材料在高温烧结时产生的污染物较小。
实施例2相比实施例1,实施例2所采用的塑基材料是在现有技术常用的3D打印用塑基材料的基础上进行了改进,且具体公开了改进后的所述塑基材料的制备过程,采用实施例2中的塑基材料在高温烧结时,所产生的污染物较小。
实施例3:
一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法,包括以下步骤:
S1:原料配比
将塑基材料与钨粉按体积比3:5放入搅拌装置中进行混合,钨粉纯度为99.4%,搅拌速度100r/min,搅拌时长0.8h;得到混合原料,再将混合原料加入至混料机中进行进一步混合,混料机温度保持在315℃,混料机内真空度为0.8Pa,形成钨基塑料丝原料;
S2:制作钨基塑料丝材
将步骤S1中得到的钨基塑料丝原料通过挤出机挤出,挤出温度在277℃、挤出压力保持在3.2bar,挤出钨基塑料丝直径为1.5mm,钨基塑料丝挤出后采用风冷的方式,使钨基塑料丝冷却成型,再将成型后的钨基塑料丝通过绕线机绕制成捆;
S3:3D打印
通过计算机对需要打印的钨坯进行建模,设定截面高度,通过计算机将三维模型分割成层,将每层截面信息按顺序存储在计算机中,采用塑料基座,控制喷嘴靠近基座进行逐层打印,打印层厚为0.4mm,打印速度为33mm/s,喷嘴直径为0.7mm,喷嘴温度为220℃,打印时伴随风冷固化,冷风温度8℃,打印完成后卸下塑料基座,采用线切割技术,将基座与钨坯进行分离;
S4:高温烧结
将钨坯放置在真空烧结炉内进行烧结,炉内温度1800℃;烧结时长1.5h,高温烧结时真空烧结炉内的真空度为0.4Pa,防止钨氧化,脱去塑基高分子材料塑料材料后,得到多孔隙钨坯;
S5:渗铜
将所述多孔隙钨坯放置在陶瓷坩埚中,再向坩埚中加入纯铜颗粒作为熔渗剂,通过最终成型材料的含铜量、多孔隙钨坯重量和熔渗剂的浸泡高度计算得出所加入纯铜颗粒的量,再将所述陶瓷坩埚放入马弗炉中进行加热,加热温度为1800℃,加热时充入氢气作为保护气体,马弗炉内充入氢气作为保护气体时,需保证炉内气压为280Pa,氢气作为保护气体可以消耗高温下消耗炉内氧气,能有效防止钨铜毛坯在渗铜时被氧化,渗铜处理完成后进行冷却,冷却时保证多孔隙钨坯上低下高的温度梯度,进行由上而下冷却,冷却完成后去除多余熔渗剂,多孔隙钨坯上部的液态铜冷却凝固产生收缩后,底部液态铜能及时补充,能有效避免产生渗铜不均,得到钨铜毛坯;
S6:热处理
将钨铜毛坯整体加热至750℃后,保持2.5h,将温度降至330℃的过程中,降温速度为90℃/min,保持0.8h后,对钨铜毛坯进行风冷至钨铜毛坯整体温度降至室温;
S7:机加工
对钨铜毛坯表面进行机加工,得到成品零件。
所述塑基材料的制备方法包括以下步骤:
S1-1:对木质纤维素进行氮化反应处理,得到氮化木质纤维素;
S1-2:取大豆淀粉12份、聚乙烯树脂2份、聚乳酸4份、聚丁二酸丁二醇酯3份、聚己内酯2份、硫醇4份加入到密炼机中进行密炼处理,密炼温度为155℃,密炼时间为23min得到密炼产物:
S1-3:将步骤S1-2得到的密练产物放进陈化室进行陈化处理,陈化温度为83℃,空气中相对湿度为63%,陈化处理时长为22h,得到陈化产物;取步骤S1-1中得到的氮化木质纤维素15份、陈化产物20份、甘油6份添加到挤出机中,挤出后造粒,即得到塑基材料,所生产的塑基材料在高温烧结时产生的污染物较小。
实施例4:
一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法,包括以下步骤:
S1:原料配比
将塑基材料与钨粉按体积比3:5放入搅拌装置中进行混合,钨粉纯度为99.6%,搅拌速度120r/min,搅拌时长1h;得到混合原料,再将混合原料加入至混料机中进行进一步混合,混料机温度保持在325℃,混料机内真空度为1Pa,形成钨基塑料丝原料;
S2:制作钨基塑料丝材
将步骤S1中得到的钨基塑料丝原料通过挤出机挤出,挤出温度在280℃、挤出压力保持在3.3bar,挤出钨基塑料丝直径为2mm,钨基塑料丝挤出后采用风冷的方式,使钨基塑料丝冷却成型,再将成型后的钨基塑料丝通过绕线机绕制成捆;
S3:3D打印
通过计算机对需要打印的钨坯进行建模,设定截面高度,通过计算机将三维模型分割成层,将每层截面信息按顺序存储在计算机中,采用塑料基座,控制喷嘴靠近基座进行逐层打印,打印层厚为0.5mm,打印速度为35mm/s,喷嘴直径为0.8mm,喷嘴温度为225℃,打印时伴随风冷固化,冷风温度10℃,打印完成后卸下塑料基座,采用线切割技术,将基座与钨坯进行分离;
S4:高温烧结
将钨坯放置在真空烧结炉内进行烧结,炉内温度2000℃;烧结时长2h,高温烧结时真空烧结炉内的真空度为0.5Pa,防止钨氧化,脱去塑基高分子材料塑料材料后,得到多孔隙钨坯;
S5:渗铜
将所述多孔隙钨坯放置在陶瓷坩埚中,再向坩埚中加入纯铜颗粒作为熔渗剂,通过最终成型材料的含铜量、多孔隙钨坯重量和熔渗剂的浸泡高度计算得出所加入纯铜颗粒的量,再将所述陶瓷坩埚放入马弗炉中进行加热,加热温度为2000℃,加热时充入氢气作为保护气体,马弗炉内充入氢气作为保护气体时,需保证炉内气压为300Pa,氢气作为保护气体可以消耗高温下消耗炉内氧气,能有效防止钨铜毛坯在渗铜时被氧化,渗铜处理完成后进行冷却,冷却时保证多孔隙钨坯上低下高的温度梯度,进行由上而下冷却,开始时,钨铜毛坯顶部温度保持在500℃,中部温度保持在1100℃,底部温度保持在1200℃,待钨铜毛坯顶部冷却后,钨铜毛坯的顶部温度保持300℃,中部温度保持在500℃,底部温度保持在1100℃,待钨铜毛坯中部冷却后,钨铜毛坯顶部保持温度在100℃,中部保持温度在300℃,底部保持温度在500℃,带钨铜毛坯整体冷却凝固后去除多余熔渗剂,多孔隙钨坯上部的液态铜冷却凝固产生收缩后,底部液态铜能及时补充,能有效避免产生渗铜不均,得到钨铜毛坯;
S6:热处理
将钨铜毛坯整体加热至800℃后,保持3h,将温度降至350℃的过程中,降温速度为100℃/min,保持1h后,对钨铜毛坯进行风冷至钨铜毛坯整体温度降至室温;
S7:机加工
对钨铜毛坯表面进行机加工,得到成品零件。
所述塑基材料的制备方法包括以下步骤:
S1-1:对木质纤维素进行氮化反应处理,得到氮化木质纤维素;
S1-2:取大豆淀粉15份、聚乙烯树脂3份、聚乳酸5份、聚丁二酸丁二醇酯4份、聚己内酯3份、硫醇5份加入到密炼机中进行密炼处理,密炼温度为160℃,密炼时间为25min得到密炼产物:
S1-3:将步骤S1-2得到的密练产物放进陈化室进行陈化处理,陈化温度为85℃,空气中相对湿度为65%,陈化处理时长为24h,得到陈化产物;取步骤S1-1中得到的氮化木质纤维素20份、陈化产物25份、甘油7份添加到挤出机中,挤出后造粒,即得到塑基材料,所生产的塑基材料在高温烧结时产生的污染物较小。
实施例1-4所生产的钨铜毛坯与激光3D打印的钨铜毛坯其抗弯强度比较结果如表1:
表1:激光3D打印钨铜毛坯与实施例1-3所生产钨铜毛坯的抗弯强度
参数 | 激光3D打印 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
抗弯强度 | 400MPa | 1000MPa | 1100MPa | 1115MPa | 1200MPa |
从表中可以看出,实施例1-4所生产的钨铜毛坯的抗弯强度整体高于激光3D打印所生产的钨铜毛坯,对比实施例1-4,可以看出实施例4所生产的钨铜毛坯中,抗弯强度最佳的为实施例4,由此可得,实施例4的生产参数为最佳参数。
Claims (10)
1.一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:原料配比
将塑基材料与钨粉按体积比3:5放入搅拌装置中进行混合,搅拌速度80-120r/min,搅拌时长0.5-1h;得到混合原料,再将混合原料加入至混料机中进行进一步混合,混料机温度保持在300-325℃,形成钨基塑料丝原料;
S2:制作钨基塑料丝材
将步骤S1中得到的钨基塑料丝原料通过挤出机挤出,挤出温度在275-280℃、挤出压力保持在3.1-3.3bar,挤出钨基塑料丝直径为1-2mm,钨基塑料丝挤出后采用风冷的方式,使钨基塑料丝冷却成型,再将成型后的钨基塑料丝通过绕线机绕制成捆;
S3:3D打印
通过计算机对需要打印的钨坯进行建模,设定截面高度,通过计算机将三维模型分割成层,将每层截面信息按顺序存储在计算机中,采用塑料基座,控制喷嘴靠近基座进行逐层打印,打印时伴随风冷固化,冷风温度5-10℃,打印完成后卸下塑料基座,采用线切割技术,将基座与钨坯进行分离;
S4:高温烧结
将钨坯放置在真空烧结炉内进行烧结,炉内温度1300-2000℃;烧结时长1-2h,脱去塑基高分子材料塑料材料后,得到多孔隙钨坯;
S5:渗铜
将所述多孔隙钨坯放置在陶瓷坩埚中,再向坩埚中加入纯铜颗粒作为熔渗剂,通过最终成型材料的含铜量、多孔隙钨坯重量和熔渗剂的浸泡高度计算得出所加入纯铜颗粒的量,再将所述陶瓷坩埚放入马弗炉中进行加热,加热温度为1200-2000℃,加热时充入氢气作为保护气体,渗铜处理完成后进行冷却,得到钨铜毛坯;
S6:热处理
将钨铜毛坯整体加热至700-800℃后,保持2-3h,将温度降至300-350℃,保持0.5-1h后,对钨铜毛坯进行风冷至钨铜毛坯整体温度降至室温;
S7:机加工
对钨铜毛坯表面进行机加工,得到成品零件。
2.如权利要求1所述的一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法,其特征在于,所述塑基材料的制备方法包括以下步骤:
S1-1:对木质纤维素进行氮化反应处理,得到氮化木质纤维素;
S1-2:取大豆淀粉10-15份、聚乙烯树脂1-3份、聚乳酸3-5份、聚丁二酸丁二醇酯2-4份、聚己内酯1-3份、硫醇3-5份加入到密炼机中进行密炼处理,密炼温度为150-160℃,密炼时间为20-25min得到密炼产物:
S1-3:将步骤S1-2得到的密练产物放进陈化室进行陈化处理,得到陈化产物,取步骤S1-1中得到的氮化木质纤维素10-20份、陈化产物15-25份、甘油5-7份添加到挤出机中,挤出后造粒,即得到塑基材料。
3.如权利要求2所述的一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法,其特征在于,所述步骤S1-3中的陈化温度为80-85℃,空气中相对湿度为60-65%,陈化处理时长为20-24h。
4.如权利要求1所述的一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法,其特征在于,所述步骤S1中所采用的钨粉纯度为99.2%-99.6%。
5.如权利要求1所述的一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法,其特征在于,步骤S5中冷却时保证多孔隙钨坯上低下高的温度梯度,进行由上而下冷却,冷却完成后去除多余熔渗剂。
6.如权利要求1所述的一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法,其特征在于,步骤S3中的打印层厚为0.3-0.5mm,打印速度为30-35mm/s,喷嘴直径为0.5-0.8mm,喷嘴温度为215-225℃。
7.如权利要求1所述的一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法,其特征在于,所述步骤S1中混料机内真空度为0.5-1Pa。
8.如权利要求1所述的一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法,其特征在于,步骤S6中将温度降至300-350℃的过程中,降温速度为80-100℃/min。
9.如权利要求1所述的一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法,其特征在于,所述步骤S5中马弗炉内充入氢气作为保护气体时,需保证炉内气压为250-300Pa。
10.如权利要求1所述的一种利用钨粉熔丝喷射3D打印钨坯渗铜的方法,其特征在于,所述S4中高温烧结时真空烧结炉内的真空度为0.2-0.5Pa。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115921888A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-04-07 | 广东金瓷三维技术有限公司 | 一种基于3d打印的金属材料的制备方法 |
Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5749041A (en) * | 1995-10-13 | 1998-05-05 | Dtm Corporation | Method of forming three-dimensional articles using thermosetting materials |
JP2002012901A (ja) * | 2000-06-29 | 2002-01-15 | Hitachi Ltd | 立体品及び立体品製作方法並びに立体品造形システム |
CN101861241A (zh) * | 2007-08-14 | 2010-10-13 | 宾夕法尼亚州研究基金会 | 近净形产品的3-d印刷 |
EP2484465A1 (en) * | 2011-02-04 | 2012-08-08 | Pratt & Whitney Rocketdyne, Inc. | Method for treating a porous article |
CN107427924A (zh) * | 2015-02-03 | 2017-12-01 | 纳米钢公司 | 渗透的铁类材料 |
CN108129168A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-08 | 广东省材料与加工研究所 | 一种基于3d打印的铝基复合材料的制备方法及铝基复合材料 |
CN109108293A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-01-01 | 南京智能高端装备产业研究院有限公司 | 一种高效率金属3dp打印方法 |
CN109516809A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-03-26 | 三峡大学 | 一种基于i-wp曲面的铜碳化硅复合材料的制备方法 |
CN109940156A (zh) * | 2017-12-20 | 2019-06-28 | 北京有色金属研究总院 | 3d打印近净成形制备金刚石/铜导热复合材料零件的方法 |
WO2019246321A1 (en) * | 2018-06-20 | 2019-12-26 | Desktop Metal, Inc. | Methods and compositions for the preparation of powders for binder-based three-dimensional additive metal manufacturing |
CN111411254A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-07-14 | 西安理工大学 | 一种钨增强铜复合材料及其制备方法 |
CN111451492A (zh) * | 2020-03-23 | 2020-07-28 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种采用球形钨粉制备CuW90材料的方法 |
WO2020160056A1 (en) * | 2019-01-28 | 2020-08-06 | Impossible Objects Llc | Three-dimensional printed composites using engineered powders |
CN112091217A (zh) * | 2020-11-12 | 2020-12-18 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种采用球形钨粉激光3d打印制造铜钨材料的方法 |
CN112207288A (zh) * | 2020-09-16 | 2021-01-12 | 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 | 一种金属陶瓷复合部件及其制备方法 |
-
2021
- 2021-03-31 CN CN202110348317.4A patent/CN112792352B/zh active Active
Patent Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5749041A (en) * | 1995-10-13 | 1998-05-05 | Dtm Corporation | Method of forming three-dimensional articles using thermosetting materials |
JP2002012901A (ja) * | 2000-06-29 | 2002-01-15 | Hitachi Ltd | 立体品及び立体品製作方法並びに立体品造形システム |
CN101861241A (zh) * | 2007-08-14 | 2010-10-13 | 宾夕法尼亚州研究基金会 | 近净形产品的3-d印刷 |
EP2484465A1 (en) * | 2011-02-04 | 2012-08-08 | Pratt & Whitney Rocketdyne, Inc. | Method for treating a porous article |
CN107427924A (zh) * | 2015-02-03 | 2017-12-01 | 纳米钢公司 | 渗透的铁类材料 |
CN109940156A (zh) * | 2017-12-20 | 2019-06-28 | 北京有色金属研究总院 | 3d打印近净成形制备金刚石/铜导热复合材料零件的方法 |
CN108129168A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-08 | 广东省材料与加工研究所 | 一种基于3d打印的铝基复合材料的制备方法及铝基复合材料 |
WO2019246321A1 (en) * | 2018-06-20 | 2019-12-26 | Desktop Metal, Inc. | Methods and compositions for the preparation of powders for binder-based three-dimensional additive metal manufacturing |
CN109108293A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-01-01 | 南京智能高端装备产业研究院有限公司 | 一种高效率金属3dp打印方法 |
CN109516809A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-03-26 | 三峡大学 | 一种基于i-wp曲面的铜碳化硅复合材料的制备方法 |
WO2020160056A1 (en) * | 2019-01-28 | 2020-08-06 | Impossible Objects Llc | Three-dimensional printed composites using engineered powders |
CN111451492A (zh) * | 2020-03-23 | 2020-07-28 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种采用球形钨粉制备CuW90材料的方法 |
CN111411254A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-07-14 | 西安理工大学 | 一种钨增强铜复合材料及其制备方法 |
CN112207288A (zh) * | 2020-09-16 | 2021-01-12 | 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 | 一种金属陶瓷复合部件及其制备方法 |
CN112091217A (zh) * | 2020-11-12 | 2020-12-18 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种采用球形钨粉激光3d打印制造铜钨材料的方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115921888A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-04-07 | 广东金瓷三维技术有限公司 | 一种基于3d打印的金属材料的制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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