CN114160789A - 通过打印原材料表面涂层强化3d打印金属产品性能的方法 - Google Patents

通过打印原材料表面涂层强化3d打印金属产品性能的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114160789A
CN114160789A CN202111498146.XA CN202111498146A CN114160789A CN 114160789 A CN114160789 A CN 114160789A CN 202111498146 A CN202111498146 A CN 202111498146A CN 114160789 A CN114160789 A CN 114160789A
Authority
CN
China
Prior art keywords
raw material
printed
printing
metal
performance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111498146.XA
Other languages
English (en)
Inventor
孙院军
孙博宇
李金阳
孙军
丁向东
曾毅
宋坤朋
柏小丹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202111498146.XA priority Critical patent/CN114160789A/zh
Publication of CN114160789A publication Critical patent/CN114160789A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/10—Pre-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明公开一种通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，在3D打印所需的金属原材料表面均匀涂覆一层二次相粒子形成元素，将涂覆完成的金属原料通过3D打印机打印出产品；通过在3D打印原料表面涂覆稀土氧化物作为掺杂元素来提升3D打印金属产品的性能，二次相粒子形成元素在金属基体中以固溶和第二相等形式存在，从而通过固溶强化和第二相强化对基体起到性能提升作用，当原料表面涂覆一层稀土氧化物后，在后续打印原料熔化过程中，稀土氧化物会进入熔池，随原料一起凝固，提高加工产品的力学性能，解决现有3D打印产品力学性能不足，难以保证产品强度、硬度和韧性要求的问题。

Description

通过打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，涉及一种通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法。
背景技术
3D打印属于增材制造领域，是一项涉及材料、制造、控制以及信息技术等多学科的新兴技术，其过程是首先获得零件的三维CAD模型，对模型进行分层切片处理，然后规划打印轨迹，进行逐点逐层堆积成形，最终打印成所需零件。相比于常规的平面打印，3D打印可以提供三维立体模型；相比于普通的加工工艺，3D打印的精度和自动化程度更高。正是基于上述优势，让3D打印技术在短时间内快速的推广使用。经过几十年的发展，3D打印技术已经衍生出包括FDM、SLM等在内的20多种工艺，而这些工艺都是基于增材制造原理，不同的是材料、热源等。其中的材料比较常用的有光敏树脂材料、高分子粉末材料以及石蜡粉末材料、覆膜砂粉材料、金属粉末材料，以及熔丝线材、木塑复合材料等。其中用金属材料进行打印的产品需求越来越大应用也越来越多但这其中有许多问题都需要去解决。
现有的3D打印技术基本是通过材料或者其表面熔化后按照一定的形状和过程再凝结而形成的。而且没有经过形变加工和热处理过程，因此密度低，强度不足，是影响3D打印技术发展的核心与关键问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，解决现有3D打印产品力学性能不足，难以保证产品强度、硬度和韧性要求的问题。
为解决上述性能问题，本发明采用的技术方案是：
通过打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，在3D打印所需的金属原材料表面均匀涂覆一层二次相粒子形成元素，将涂覆完成的金属原料装进打印机打印出产品。
进一步，所述二次相粒子形成元素为稀土氧化物、TiC或ZrC。
进一步，所述稀土氧化物为La2O3、Y203或CeO2。
进一步，所述金属原材料为金属材料及其合金材料。
进一步，涂覆的稀土氧化物颗粒均匀，且其粒径≤200nm。
进一步，涂覆的稀土氧化物质量百分比不大于金属原材料质量的1％。
进一步，所述金属原材料为丝材或者粉末。
进一步，涂覆方位为喷淋、浸附、喷涂、溅射或者表面微弧氧化。
进一步，3D打印方法为激光加工、电子束加工或堆焊方式。
本发明的有益效果是：
本发明借助金属材料强韧化手段，结合3D打印的技术和工艺特点，从3D打印材料的晶粒细化维度出发，提高材料的强韧性，在其原料粉或者原料丝上涂覆一层细晶剂，诸如小粒径的稀土氧化物，使之随着传统3D打印丝材和粉末在3D打印熔化过程添加于熔池中，并随着熔池的固化添加于3D打印材料中，起到细化基体金属材料晶粒的目的。
通过在3D打印原料表面涂覆一层二次相粒子形成元素作为掺杂元素来提升3D打印金属产品的性能，宏观材料的强度与基体材料强度和晶粒细化强度具有紧密关系，晶粒细化强度与形变加工与加工程度具有显著关联。适量二次相粒子形成元素的添加对于金属性能的提升有很大帮助，一层二次相粒子形成元素在金属基体中以固溶和第二相等形式存在，从而通过固溶强化和第二相强化对基体起到性能提升作用，在后续打印原料熔化过程中，二次相粒子形成元素会进入熔池，随原料一起凝固，对基体起到强化作用。
提高加工产品的力学性能，解决现有3D打印产品力学性能不足，难以保证产品强度、硬度和韧性要求的问题。和传统的3D打印相比，该方法能从原料角度解决产品性能不足的问题，同时还为3D打印技术提供了新的发展思路。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。
实施例1
将3D打印原料钼合金熔丝线材表层涂覆0.5％的La2O3，具体步骤如下：
步骤1，制图
通过CAD制图软件获得零件的三维CAD模型，并对模型进行分层切片处理。
步骤2，规划打印轨迹
然后规划打印轨迹，进行逐点逐层堆积成形，最终打印成所需零件。
步骤3，原料涂覆La2O3
将3D打印所需的金属原材料表面均匀涂覆或者均匀喷淋—干燥形成一层0.5％的La2O3。
步骤4，装料并打印
将涂覆完成的金属原料装进打印机，并开始打印。
实施例1打印的产品经测试强度和韧性与实施例1采用未涂覆La2O3的钼合金熔丝线材打印相同产品，进行相同测试，实施例1打印的产品强度和韧性分别为1637.08MPa、3.75％，未涂覆La2O3的钼合金熔丝线材打印相同产品打印的产品强度和韧性分别为1405.56MPa、2.49％。
可以看出涂覆0.5％的La2O3的钼合金熔丝线材打印的产品强度和韧性分别增加了231.52MPa、1.26％。
实施例2
将3D打印原料钼合金熔丝线材表层涂覆0.1％的ZrC，具体步骤如下：
步骤1，制图
通过CAD制图软件获得零件的三维CAD模型，并对模型进行分层切片处理。
步骤2，规划打印轨迹
然后规划打印轨迹，进行逐点逐层堆积成形，最终打印成所需零件。
步骤3，原料涂覆ZrC
将3D打印所需的金属原材料表面均匀涂覆或者均匀喷淋—干燥形成一层0.1％的ZrC。
步骤4，装料并打印
将涂覆完成的金属原料装进打印机，并开始打印。
实施例2打印的产品经测试强度和韧性与实施例2采用未涂覆ZrC的钼合金熔丝线材打印相同产品，进行相同测试，实施例2打印的产品强度和韧性分别为1515.23MPa、3.26％，未涂覆ZrC的钼合金熔丝线材打印相同产品打印的产品强度和韧性分别为1405.56MPa、2.49％。
可以看出涂覆0.1％的ZrC的钼合金熔丝线材打印的产品强度和韧性分别增加了109.67MPa、0.77％。
实施例3
将3D打印原料钼合金粉表层涂覆0.5％的TiC，具体步骤如下：
步骤1，制图
通过CAD制图软件获得零件的三维CAD模型，并对模型进行分层切片处理。
步骤2，规划打印轨迹
然后规划打印轨迹，进行逐点逐层堆积成形，最终打印成所需零件。
步骤3，原料涂覆TiC
将3D打印所需的金属原材料表面均匀涂覆或者均匀喷淋—干燥形成一层0.5％的TiC。
步骤4，装料并打印
将涂覆完成的金属原料装进打印机，并开始打印。
实施例4
将3D打印原料铝合金粉表层涂覆0.5％的CeO2，具体步骤如下：
步骤1，制图
通过CAD制图软件获得零件的三维CAD模型，并对模型进行分层切片处理。
步骤2，规划打印轨迹
然后规划打印轨迹，进行逐点逐层堆积成形，最终打印成所需零件。
步骤3，原料涂覆CeO2
将3D打印所需的金属原材料表面均匀涂覆或者均匀喷淋—干燥形成一层0.5％的CeO2。
步骤4，装料并打印
将涂覆完成的金属原料装进打印机，并开始打印。
实施例5
将3D打印原料Mg-Sn合金粉表层涂覆1％的Y203，具体步骤如下：
步骤1，制图
通过CAD制图软件获得零件的三维CAD模型，并对模型进行分层切片处理。
步骤2，规划打印轨迹
然后规划打印轨迹，进行逐点逐层堆积成形，最终打印成所需零件。
步骤3，原料涂覆Y203将3D打印所需的金属原材料表面均匀涂覆或者均匀喷淋—干燥形成一层1％的Y203。
步骤4，装料并打印
将涂覆完成的金属原料装进打印机，并开始打印。
涂覆稀土氧化物一定要均匀且稀土氧化物颗粒≤200nm，含量应根据原材料的不同控制在1％以内，涂覆的元素不仅限于稀土氧化物，其他可作为二次相粒子的元素都可以。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.通过打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，其特征在于：在3D打印所需的金属原材料表面均匀涂覆一层二次相粒子形成元素，将涂覆完成的金属原料装进打印机打印出产品。
2.如权利要求1所述的通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，其特征在于：所述二次相粒子形成元素为稀土氧化物、TiC或ZrC。
3.如权利要求2所述的通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，其特征在于：所述稀土氧化物为La2O3、Y203或CeO2。
4.如权利要求2所述的通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，其特征在于：所述金属原材料为金属及合金材料，金属为铝、镁、钛、钼、钨或钽。
5.如权利要求2所述的通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，其特征在于：涂覆的稀土氧化物颗粒均匀，且其粒径≤200nm。
6.如权利要求2所述的通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，其特征在于：涂覆的稀土氧化物质量百分比不大于金属原材料质量的1％。
7.如权利要求1-6任一项所述的通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，其特征在于：所述金属原材料为丝材或者粉末。
8.如权利要求1-6任一项所述的通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，其特征在于：涂覆方位为喷淋、浸附、喷涂、溅射或者表面微弧氧化。
9.如权利要求1-6任所述的通过3D打印原材料表面涂层强化3D打印金属产品性能的方法，其特征在于：3D打印方法为激光加工、电子束加工或堆焊方式。
CN202111498146.XA 2021-12-09 2021-12-09 通过打印原材料表面涂层强化3d打印金属产品性能的方法 Pending CN114160789A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111498146.XA CN114160789A (zh) 2021-12-09 2021-12-09 通过打印原材料表面涂层强化3d打印金属产品性能的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111498146.XA CN114160789A (zh) 2021-12-09 2021-12-09 通过打印原材料表面涂层强化3d打印金属产品性能的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114160789A true CN114160789A (zh) 2022-03-11

Family

ID=80484872

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111498146.XA Pending CN114160789A (zh) 2021-12-09 2021-12-09 通过打印原材料表面涂层强化3d打印金属产品性能的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114160789A (zh)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10310841A (ja) * 1997-05-08 1998-11-24 Toshiba Corp セラミックコーティング材料，その製造方法および同材料を用いた高温部材
US6582763B1 (en) * 1999-01-29 2003-06-24 Nisshin Seifun Group Inc. Process for producing oxide coated fine metal particles
CN101327520A (zh) * 2008-07-25 2008-12-24 西安交通大学 一种含有纳米稀土氧化物钼合金粉的制备方法
CN104404508A (zh) * 2014-11-24 2015-03-11 桂林电子科技大学 一种铝合金结构件的激光增材制造方法
US20170043395A1 (en) * 2014-01-09 2017-02-16 United Technologies Corporation Material and processes for additively manufacturing one or more parts
CN106994471A (zh) * 2017-03-02 2017-08-01 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种780MPa强度级电子束熔丝3D打印构件用钛合金丝材
CN109332680A (zh) * 2018-11-07 2019-02-15 南京航空航天大学 一种用于高能束3d打印的纳米氧化物颗粒/镍基高温合金复合球形粉末及其制备方法
CN109365803A (zh) * 2018-12-20 2019-02-22 哈尔滨工业大学 一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法
CN111593245A (zh) * 2020-06-30 2020-08-28 西北有色金属研究院 一种固溶型钨基合金及其制备方法
US20210205927A1 (en) * 2020-01-06 2021-07-08 Rohr, Inc. Enhanced coatings and structures via laser cladding with nano-modified feedstock
CN113319271A (zh) * 2021-05-28 2021-08-31 北京理工大学 一种具有核壳结构的氧化物包覆粉体及其制备方法和应用
CN113351866A (zh) * 2021-04-25 2021-09-07 西安交通大学 一种氧化物强化高熵合金的粉末冶金制备方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10310841A (ja) * 1997-05-08 1998-11-24 Toshiba Corp セラミックコーティング材料，その製造方法および同材料を用いた高温部材
US6582763B1 (en) * 1999-01-29 2003-06-24 Nisshin Seifun Group Inc. Process for producing oxide coated fine metal particles
CN101327520A (zh) * 2008-07-25 2008-12-24 西安交通大学 一种含有纳米稀土氧化物钼合金粉的制备方法
US20170043395A1 (en) * 2014-01-09 2017-02-16 United Technologies Corporation Material and processes for additively manufacturing one or more parts
CN104404508A (zh) * 2014-11-24 2015-03-11 桂林电子科技大学 一种铝合金结构件的激光增材制造方法
CN106994471A (zh) * 2017-03-02 2017-08-01 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种780MPa强度级电子束熔丝3D打印构件用钛合金丝材
CN109332680A (zh) * 2018-11-07 2019-02-15 南京航空航天大学 一种用于高能束3d打印的纳米氧化物颗粒/镍基高温合金复合球形粉末及其制备方法
CN109365803A (zh) * 2018-12-20 2019-02-22 哈尔滨工业大学 一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法
US20210205927A1 (en) * 2020-01-06 2021-07-08 Rohr, Inc. Enhanced coatings and structures via laser cladding with nano-modified feedstock
CN111593245A (zh) * 2020-06-30 2020-08-28 西北有色金属研究院 一种固溶型钨基合金及其制备方法
CN113351866A (zh) * 2021-04-25 2021-09-07 西安交通大学 一种氧化物强化高熵合金的粉末冶金制备方法
CN113319271A (zh) * 2021-05-28 2021-08-31 北京理工大学 一种具有核壳结构的氧化物包覆粉体及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Additive manufacturing of WC-Co hardmetals: a review
US20210205888A1 (en) Feedstock for 3d printing, preparation method and application thereof
CN107812941A (zh) 一种激光増材制造铝合金的原位制备方法及其产品
CN111712337A (zh) Cu基合金粉末
CN110983106B (zh) 一种抑制3d打印成形tc4合金组织中针状马氏体相形成的方法
CN105463251A (zh) 一种稀土增强钛合金材料的制备方法
CN107574338A (zh) 一种用于增材制造的铝基复合粉体材料及其制备方法
EP3096907A1 (en) Nanoparticle enhancement for additive manufacturing
CN108326299B (zh) 由涂覆有金属材料的颗粒材料生产物件的方法及其制品
JP2019104058A (ja) ニアネットシェイプ物品を作製する方法および組成物
CN110629100B (zh) 一种氧化物弥散强化镍基高温合金的制备方法
Klocke et al. Direct laser sintering of ceramics
GB2563333A (en) Manufacture of metal articles
CN114160789A (zh) 通过打印原材料表面涂层强化3d打印金属产品性能的方法
CN111020262A (zh) 一种石墨烯增强的铝合金的制备方法
KR20170071370A (ko) 3d 프린팅용 금속분말 조성물 및 이를 이용한 3차원 형상의 소재의 제조방법
US20230182385A1 (en) Additive manufacturing components and methods
CN110241420A (zh) 一种硬质合金材料和硬质合金样件
US20110229918A1 (en) Method of Quantifying Transient Interactions Between Proteins
Singamneni et al. Rapid casting of light metals: an experimental investigation using taguchi methods
JP2023012810A (ja) 銅基粉、その製造方法、および銅基粉を用いた光造形物の製造方法
CN110216288B (zh) 一种通过电弧增材制造进行铝碳化硅复合材料丝材打印的方法
Wu et al. Study on the fabricated feasibility of electrodes in EDM using rapid prototyping (RP) and investment casting technology
US20240051023A1 (en) Method for producing a beryllium article
KR102402081B1 (ko) 흐름성이 개선된 금속 3d 프린팅용 분말 제조방법 및 이에 의해 제조된 금속 3d 프린팅용 분말

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20220311