CN115921888A - 一种基于3d打印的金属材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于3D打印的金属材料的制备方法，包括以下步骤：S1、制备级配金属混合粉体；所述级配金属混合粉体包括粗粉体和细粉体；S2、将步骤S1所述级配金属混合粉体进行粘结剂喷射打印、经热固化、除去散粉后得到打印件；S3、将步骤S2中所述打印件进行脱脂、熔渗处理，得到金属材料打印‑熔渗件。通过级配金属混合粉体控制打印件孔隙率，并控制熔渗材料的使用量，可以使得打印‑熔渗件的尺寸精度高和表面光洁度好。
Description
技术领域
本申请涉及金属3D打印技术领域，尤其涉及一种基于3D打印的金属材料的制备方法。
背景技术
粘结剂喷射打印技术，又称为3DP技术(Three dimensional printing)，是在20世纪90年代早期由麻省理工学院开发的一种增材制造技术。与大多数增材制造原理类似，粘结剂喷射打印技术根据CAD三维模型情况并通过切片分层处理形成STL文件，打印设备通过落粉装置将金属或陶瓷粉末层铺展在金属打印平台上，然后打印喷头通过STL文件中三维模型每一层的切片轮廓将有机或无机粘结剂选择性地沉积在粉末层上以将粉末粘合在一起，随着打印过程的不断进行，打印的各层粉末被粘合在一起，生成具有所需几何结构的打印-生坯件，然后对打印-生坯件进行固化、脱脂、烧结处理，最终获得理想致密度和机械性能的成形件。
在3D打印工艺中，采用粗颗粒粉体打印时，打印生坯件存在大量孔隙，导致最终的烧结件收缩严重，致密性较差；采用细颗粒粉体打印时，细粉之间产生的团聚容易出现粉体偏析，打印生坯件的孔隙分布不均匀，且打印铺粉质量变差，导致最终烧结件容易出现收缩各向异性，同时增加烧结件的表面粗糙度。目前，采用粗细粒径的球形粉体材料并通过不同的比例搭配所形成的金属混合粉体在3D打印工艺中的运用可以进一步使最终成形件具备更高的致密度以及更好的机械性能，如申请号为CN202210234952.4的专利申请技术，公开了“一种用于3D打印的混合粉体及3D打印方法”，粗粉体和细粉体按一定比例混合，形成混合粉体，利用细粉体对粗粉体颗粒之间的孔隙部分进行填充，减少粉末层表面的孔隙和粗糙度，但是在烧结过程中打印件仍会发生明显尺寸收缩，容易引起成形件明显的结构变形，使得打印件的最终尺寸控制精度较差。
发明内容
鉴于此，本申请提供了一种基于3D打印的金属材料的制备方法，通过级配金属混合粉体控制打印-脱脂件的孔隙率，以满足熔渗对孔隙率的要求，将级配金属混合粉体与熔渗工艺相结合，可保证打印件最终尺寸精度；进一步地，根据孔隙率计算熔渗材料的使用量，通过控制熔渗材料的使用量，在保证打印件最终尺寸精度的同时，还可保持良好的光洁度；具体采用的技术方案如下：
一种基于3D打印的金属材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备级配金属混合粉体；所述级配金属混合粉体包括粗粉体和细粉体；所述粗粉体选自金属粉体中至少一种；所述细粉体选自金属粉体中至少一种；
S2、将步骤S1中所述级配金属混合粉体进行粘结剂喷射打印，经热固化、除去散粉后得到打印件；
S3、将步骤S2中所述打印件进行脱脂、熔渗处理，得到金属材料。
其中，将步骤S2中所述打印件进行脱脂处理得到打印-脱脂件，将所述打印-脱脂件经熔渗处理，得到3D打印-熔渗件，即金属材料。
在一些实施例中，所述熔渗工艺中，熔渗材料的使用量M熔渗材料＝ρ熔渗材料×V脱脂件孔隙；这里的V脱脂件孔隙指打印-脱脂件孔隙的总体积，打印-脱脂件是指将步骤S2中所述打印件进行脱脂后得到的打印-脱脂件。
所述V脱脂件孔隙可以通过以下方法计算得到：V脱脂件紧密＝M脱脂件实际/ρ金属粉体理论，V脱脂件孔隙＝V脱脂件实际－V脱脂件紧密；
其中，V脱脂件实际为打印-脱脂件所测得的实际体积，包含孔隙的体积；ρ金属粉体理论为金属粉体的理论密度，；M脱脂件实际为脱脂件实际测得的干重，V脱脂件紧密为脱脂件中的金属粉体颗粒按照全致密堆积排布时所能形成的实体的体积。
熔渗，是将熔化的低熔点金属或合金利用毛细管作用原理使其自发渗入基体骨架中；熔渗效果受基体骨架的孔隙率的影响；孔隙率过低，连通孔隙也相应减少，孔隙多为闭孔，这会导致熔渗不完全。
在一些实施例中，所述金属粉体包括022Cr17Ni12Mo2、06Cr19Ni10、20Cr13、Fe-0.4C、Cr12MoV中至少一种；所述熔渗材料包括Cu-Sn合金、Cu-Ni合金、Cu-Ni-Mn合金、AlSi10Mg中至少一种。
在一些实施例中，步骤S2替换为：将步骤S1中所述级配金属混合粉体进行凝胶注射成型打印、经热固化后得到打印件。
在一些实施例中，步骤S2替换为：将步骤S1中所述级配金属混合粉体进行粉末挤出成型打印，得到打印件。
根据级配金属混合粉体的材料，选择合适的熔渗材料，控制熔渗温度低于金属材料熔点以下150～400℃。
在一些实施例中，熔渗时的升温速率为2℃/min～10℃/min，熔渗温度小于金属材料熔点以下150～400℃，保温时间为30min～300min，熔渗烧结过程在惰性气体或者真空中进行。熔渗温度小于金属材料熔点以下150～400℃中，金属材料的范围包含金属合金材料。
具体地，熔渗时的升温速率可为2℃/min～3℃/min、3℃/min～4℃/min、4℃/min～5℃/min、5℃/min～6℃/min、6℃/min～7℃/min、7℃/min～8℃/min、8℃/min～9℃/min、9℃/min～10℃/min中任一范围。
具体地，熔渗温度的范围：熔渗温度小于金属材料熔点以下150℃～200℃、200℃～250℃、250℃～300℃、300℃～350℃、350℃～400℃中任一范围。
在本申请中，粗粉体和细粉体选自同一种金属材料；当粗粉体和所述细粉体可以选自不同的金属材料，熔渗温度小于最小的金属材料熔点以下150～400℃。
具体地，熔渗工艺中保温时间为30min～90min、90min～150min、150min～210min、210min～300min中任一范围。
在一些实施例中，熔渗工艺中的惰性气体为为氩气、氢气或者氮气，压强为0.1MPa～50.1MPa，流量为0.3L/min～1.5L/min。更进一步优选的，压强为0.25MPa～20MPa，流量为0.6L/min～1.2L/min。
在一些实施例中，所述粘结剂喷射打印工艺中：落料强度70％～90％，刮刀速度50mm/min～100mm/min，铺粉层厚40μm～200μm，粘结剂饱和度40％～100％，粉末床温度为室温～200℃。具体地，所述落料强度可为70％、80％、90％；所述刮刀速度可为50mm/min、60mm/min、70mm/min、80mm/min、90mm/min、100mm/min；具体地，所述铺粉层厚可为40μm～90μm，90μm～150μm，150μm～200μm；具体地，所述粘结剂饱和度可为40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％；具体地，粉末床温度可为室温、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃。
在一些实施例中，所述热固化工艺中：固化温度为130℃～220℃，固化时间为1h～50h。具体地，所述固化温度可为130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃；所述固化时间进一步优选为3h～30h，所述固化时间更进一步优选为6h～8h。
在一些实施例中，所述脱脂工艺中：升温速率为3℃/min～7℃/min，脱脂温度为400～800℃，保温时间为30min～150min，脱脂过程中通入惰性气体保护。具体地，所述脱脂温度可为400℃、500℃、600℃、700℃、800℃，保温时间可为30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min、130min、140min、150min。
在一些实施例中，所述粗粉体的粒径为15μm～60μm，所述细粉体的粒径为6μm～10μm，所述粗粉体与所述细粉体的体积比为8:1～11:1，所述粗粉体的形状为球形或类球形，所述细粉体的形状为球形或类球形。优选的，所述粗粉体与所述细粉体的体积比为8:1～10:1；进一步优选的，所述粗粉体与所述细粉体的体积比为9:1。
将粗粉体(粒径为15μm～60μm)和细粉体(粒径为6μm～10μm)按一定体积比混合，形成级配金属混合粉体，细粉体颗粒可以对粗粉体颗粒之间的孔隙部分进行填充，提供一定的松装密度；同时细粉体颗粒容易附着在粗粉体表面，利用粗粉体较好的流动性间接带动细粉体的流动，在粉末床上得到很好的流动扩散，从而提高3D打印粉体的铺粉质量；通过级配金属混合粉体的设计，还可以自主地控制打印件的孔隙率。
通过对级配金属混合粉体的设计控制打印-脱脂件的孔隙率，与熔渗工艺相结合，可以显著地提高打印件最终的精度。
进一步地，根据打印-脱脂件的孔隙率可以计算熔渗材料的使用量，通过控制熔渗材料的使用量，在保证打印件最终尺寸精度的同时，还可有效控制熔渗材料在高温环境下的液相溢出，使最后得到的打印-熔渗件具有较好的外表轮廓，即具有良好的光洁度。
在一些实施例中，步骤S3中熔渗处理采用流道-埋粉熔渗工艺；优选的，采用步骤S2分别得到打印件和流道件，步骤S3中，将所述打印件和所述流道件经过脱脂分别得到打印-脱脂件和流道-脱脂件，将流道-脱脂件紧靠打印-脱脂件并放置耐高温隔板进行隔开，熔渗材料置于流道-脱脂件一侧，并在打印-脱脂件一侧填满陶瓷粉体。
本申请的有益效果：
1)相比传统的粘结剂喷射打印、热固化、脱脂、烧结工艺，本申请以级配金属混合粉体为原材料进行3D打印得到打印件，经脱脂得到打印-脱脂件，然后采用熔渗法进行热处理，将熔融合金均匀渗透至被熔渗基体的孔隙；采用熔渗工艺替代传统的固相烧结工艺，可有效减少成形件的孔隙数量与收缩幅度，从而提高致密性与尺寸精度，并显著提升成形件的拉伸性能。
本申请所述的粗粉体(粒径为15μm～60μm)和细粉体(粒径为6μm～10μm)按体积比为7～11:1混合，经过优化的3D打印工艺以及熔渗工艺，制备的打印-熔渗件最终致密度达到99％以上，拉伸强度达到620.23MPa。
2)根据打印-脱脂件的孔隙率决定熔渗材料的使用量，即根据打印-脱脂件的孔隙率计算熔渗材料的使用量，通过控制熔渗材料的使用量，可以有效控制熔渗材料在高温环境下的液相溢出不良，使打印-熔渗件具备较好的外表轮廓。
3)本申请提供了一种提高3D打印-熔渗件尺寸精度和光洁度的完整的构思：通过级配金属混合粉体控制打印-脱脂件的孔隙率，以熔渗工艺替代传统的热固相烧结工艺，根据孔隙率计算熔渗材料的使用量，通过控制熔渗材料的使用量，在保证打印-熔渗件最终尺寸精度的同时，还可保持良好的光洁度。
4)本申请还提供了一种得到薄壁高致密度3D金属材料的制备方法，埋粉可以防止熔渗过程中高温的液相在重力作用下对被熔渗基体的结构产生坍塌现象，从而得到薄壁高致密度的打印制品。
说明书附图
图1是本申请所述的采用流道渗透方式的流道-埋粉熔渗工艺的原理图。
具体实施方式
下面将结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，本申请描述的实施例仅仅是本申请的部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获的的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请所述的“打印件”是指对目标产品进行3D打印、热固化后得到的打印件；“流道件”是指对流道熔渗方式需要使用的流道进行3D打印、热固化得到的流道件。
本申请提供了一种基于3D打印的金属材料的制备方法，包括：
A)准备级配金属混合粉体的材料；所述级配金属混合粉体的材料包括粗粉体和细粉体；
在本申请中，步骤A)中所述粗粉体的粒径为15μm～60μm，所述细粉体的粒径为6μm～10μm，所述粗粉体选自金属粉体中至少一种，所述细粉体选自金属粉体中至少一种，所述粗粉体为球形粉体，所述细粉体为球形或类球形粉体；本申请对于上述金属粉体(包括金属合金粉体)的来源和具体制造工艺不进行限定，可以为市售或本领域技术人员熟知的方法制备。
在本申请中，步骤A)中所述金属粉体包括但不限于022Cr17Ni12Mo2(又称316L不锈钢)、06Cr19Ni10(又称304不锈钢)、20Cr13(又称420不锈钢)、Fe-0.4C(碳素钢)、Cr12MoV(冷作模具钢)。所述022Cr17Ni12Mo2合金中的Fe的质量含量为65％～72％，Cr的质量含量为18％～22％，Ni的质量含量为10％～14％，Mo的质量含量为1％～2％。
B)级配粉体制备；
在本申请中，所述步骤B)所述的级配粉体制备为将细粉体(6～10μm)以及粗粉体(15～60μm)两种不同粒径的金属粉体按照粗、细粉体体积比7:1至11:1的比例进行混合处理，混粉速度为150-200rpm；混粉时间为3～5h，混粉在室温环境下进行。
C)打印件制备；
在本申请中，所述步骤C)所述的打印件制备为将混合处理后的级配粉体进行粘结剂喷射打印，完成后再将打印件进行热固化处理。其中，打印时的铺粉层厚40～200μm，粘结剂饱和度40～100％，粉末床温度为室温～200℃；热固化时的固化温度为130～220℃，固化时间为1～50h。所述粘结剂可以为聚合物溶液粘结剂，优选的，所述粘结剂为水溶性聚合物粘结剂，包括聚乙烯醇、聚乙烯胺、淀粉等水溶性粘结剂。
D)打印件脱脂；
在本申请中，所述步骤D)所述的打印件脱脂为将热固化后的打印件进行脱脂处理，得到打印-脱脂件；脱脂过程中升温速率范围为3℃/min～7℃/min，脱脂温度为400～800℃，保温时间为30～150min，脱脂在惰性气体中进行。
E)脱脂件熔渗；
在本申请中，所述步骤E)所述的脱脂件熔渗为将脱脂处理后的打印件进行熔渗(又称液相烧结)处理，得到打印-熔渗件，熔渗材料包括但不限于Cu-Sn合金、Cu-Ni合金、Cu-Ni-Mn合金、AlSi10Mg；熔渗合金材料为球形或类球形粉体，熔渗材料的使用量根据脱脂件的孔隙大小决定(M熔渗材料＝ρ熔渗材料×V脱脂件孔隙)，熔渗时的升温速率为2℃/min～10℃/min，熔渗温度小于金属材料熔点以下150～400℃，保温时间为30min～300min，烧结过程在惰性气体或者真空中进行；这里的V脱脂件孔隙指打印-脱脂件孔隙的总体积；熔渗温度小于金属材料熔点以下150～400℃中，金属材料的范围包含金属合金材料。
F)3D打印-熔渗件性能表征；
在本申请中，所述步骤F)所述的打印-熔渗件性能表征为将熔渗件进行致密度测试、拉伸试验、表面粗糙度测试以及尺寸收缩率测试，具体测试方法如下：
致密度方法：使用阿基米德排水法进行熔渗件的致密度测量，致密度测试中需要对熔渗件进行水浴处理，水浴温度为60～100℃，水浴时间为0.5～1h。
拉伸强度测试方法：使用万能试验机对熔渗样件进行拉伸，并采用国标GB/T228.1-2010标准进行测试。
表面粗糙度测试：使用表面粗糙度测试仪在熔渗件表面根据国标GB/T40389-2021进行粗糙度测试。
尺寸收缩率测试：使用游标卡尺测量打印-熔渗件的实际尺寸(包括长、宽、高)，并通过与设计模型的尺寸比对计算出各尺寸的收缩率。
V脱脂件孔隙的计算：打印-脱脂件基本默认为为粘结剂基本除去，若使用阿基米德排水法测量打印-脱脂件的话，需要对被测试件进行水浴处理，被测件易生锈，从而影响其他数据的测试，因此本申请的测量方法如下：
视脱脂件中的金属粉体颗粒密度和金属粉体的理论密度一致，脱脂件理论质量为：M脱脂件理论＝ρ金属粉体理论×V脱脂件实际，然后通过M脱脂件理论/V脱脂件实际＝M脱脂件实际/V脱脂件紧密，求出脱脂件中颗粒理论紧密堆积情况下所能达到的体积，V脱脂件紧密＝M脱脂件实际/ρ金属粉体理论，最终得出了V脱脂件孔隙＝V脱脂件实际－V脱脂件紧密；
其中，M脱脂件理论为在脱脂件实际体积的基础上若能达到全致密时脱脂件应该拥有的质量；V脱脂件实际为脱脂件所测得的实际体积，包含孔隙的体积，可通过仪器测得；ρ金属粉体理论为金属粉体的理论密度，已知；M脱脂件实际为脱脂件实际测得的干重，V脱脂件紧密为脱脂件中的金属粉体颗粒按照全致密堆积排布时所能形成的实体的体积。
根据熔渗件的性能表征情况选取用于金属混合粉体3D打印的热处理方案。
为了进一步说明本申请，以下结合实施例与对比例对本申请进行详细描述。
实施例1
将6～10μm 316L不锈钢球形粉体、15～60μm 316L不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为7：1，得到对应7：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度500℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为12g，采用底部铺粉渗透方式，熔渗过程中注入2MPa氩气，熔渗最高温度1150℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件。
d)将打印-熔渗件进行性能表征。
实施例2
将6～10μm 316L不锈钢球形粉体、15～60μm 316L不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为8：1，得到对应8：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度500℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为10.5g，采用底部铺粉渗透方式，熔渗过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，熔渗最高温度1150℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件。
d)将打印-熔渗件进行性能表征。
实施例3
将6～10μm 316L不锈钢球形粉体、15～60μm 316L不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为9：1，得到对应9：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度500℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为10g，采用底部铺粉渗透方式，熔渗过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，熔渗最高温度1150℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件。
d)将打印-熔渗件进行性能表征。
实施例4
将6～10μm 316L不锈钢球形粉体、15～60μm 316L不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为10：1，得到对应10：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度500℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为11g，采用底部铺粉渗透方式，熔渗过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，熔渗最高温度1150℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件。
d)将打印-熔渗件进行性能表征。
实施例5
将6～10μm 316L不锈钢球形粉体、15～60μm 316L不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为11：1，得到对应11：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度500℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为11.5g，采用底部铺粉渗透方式，熔渗过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，熔渗最高温度1150℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件。
d)将打印-熔渗件进行性能表征。
对比例1
将6～10μm 316L不锈钢球形粉体、15～60μm 316L不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为7：1，得到对应7：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度800℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行烧结处理，烧结过程中通入氩气，氩气流量0.5L/min，烧结最高温度1380℃，保温时间60min，得到打印-烧结件。
d)将打印-烧结件进行性能表征。
对比例2
将6～10μm 316L不锈钢球形粉体、15～60μm 316L不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为8：1，得到对应8：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度800℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行烧结处理，烧结过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，烧结最高温度1380℃，保温时间60min，得到打印-烧结件。
d)将打印-烧结件进行性能表征。
对比例3
将6～10μm 316L不锈钢球形粉体、15～60μm 316L不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为9：1，得到对应9：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度800℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行烧结处理，烧结过程中通入氩气，氩气流量0.5L/min，烧结最高温度1380℃，保温时间60min，得到打印-烧结件。
d)将打印-烧结件进行性能表征。
对比例4
将6～10μm 316L不锈钢球形粉体、15～60μm 316L不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为10：1，得到对应10：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度800℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行烧结处理，烧结过程中通入氩气，氩气流量0.5L/min，烧结最高温度1380℃，保温时间60min，得到打印-烧结件。
d)将打印-烧结件进行性能表征。
对比例5
将6～10μm 316L不锈钢球形粉体、15～60μm 316L不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为11：1，得到对应11：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度800℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行烧结处理，烧结过程中通入氩气，氩气流量0.5L/min，烧结最高温度1380℃，保温时间60min，得到打印-烧结件。
d)将打印-烧结件进行性能表征。
对比例6
a)将粒径15～60μm 316L不锈钢球形粉体(粗粉)进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度500℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为15g，采用底部铺粉渗透方式，熔渗过程中通入氩气，氩气流量0.5L/min，熔渗最高温度1150℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件。
d)将打印-熔渗件进行性能表征。
实施例6
将6～10μm 420不锈钢球形粉体、15～60μm 420不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为7：1，得到对应7：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度470℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为12g，采用底部铺粉渗透方式，熔渗过程中通入氩气，氩气流量0.5L/min，熔渗最高温度1120℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件。
d)将打印-熔渗件进行性能表征。
实施例7
将6～10μm 420不锈钢球形粉体、15～60μm 420不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为8：1，得到对应8：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度470℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为10.5g，采用底部铺粉渗透方式，熔渗过程中通入氩气，氩气流量0.5L/min，熔渗最高温度1120℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件。
d)将打印-熔渗件进行性能表征。
实施例8
将6～10μm 420不锈钢球形粉体、15～60μm 420不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为9：1，得到对应9：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度470℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为10g，采用底部铺粉渗透方式，熔渗过程中注入2MPa氩气，熔渗最高温度1120℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件。
d)将打印-熔渗件进行性能表征。
实施例9
将6～10μm 420不锈钢球形粉体、15～60μm 420不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为10：1，得到对应10：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度470℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为11g，采用底部铺粉渗透方式，熔渗过程中通入氩气，氩气流量0.5L/min，熔渗最高温度1120℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件。
d)将打印-熔渗件进行性能表征。
实施例10
将6～10μm 420不锈钢球形粉体、15～60μm 420不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为11：1，得到对应11：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，脱脂最高温度470℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为11.5g，采用底部铺粉渗透方式，熔渗过程中通入氩气保护，熔渗最高温度1120℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件。
d)将打印-熔渗件进行性能表征。
对比例7
将6～10μm 420不锈钢球形粉体、15～60μm 420不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为7：1，得到对应7：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度800℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行烧结处理，烧结过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，烧结最高温度1320℃，保温时间60min，得到打印-烧结件。
d)将打印-烧结件进行性能表征。
对比例8
将6～10μm 420不锈钢球形粉体、15～60μm 420不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为8：1，得到对应8：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度800℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行烧结处理，烧结过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，烧结最高温度1320℃，保温时间60min，得到打印-烧结件。
d)将打印-烧结件进行性能表征。
对比例9
将6～10μm 420不锈钢球形粉体、15～60μm 420不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为9：1，得到对应9：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度800℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行烧结处理，烧结过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，烧结最高温度1320℃，保温时间60min，得到打印-烧结件。
d)将打印-烧结件进行性能表征。
对比例10
将6～10μm 420不锈钢球形粉体、15～60μm 420不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为10：1，得到对应10：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度800℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行烧结处理，烧结过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，烧结最高温度1320℃，保温时间60min，得到打印-烧结件。
d)将打印-烧结件进行性能表征。
对比例11
将6～10μm 420不锈钢球形粉体、15～60μm 420不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为11：1，得到对应11：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配粉体进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度800℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行烧结处理，烧结过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，烧结最高温度1320℃，保温时间60min，得到打印-烧结件。
d)将打印-烧结件进行性能表征。
对比例12
a)将粒径15～60μm 420不锈钢球形粉体(粗粉)进行3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度470℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为15g，采用底部铺粉渗透方式，熔渗过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，熔渗最高温度1120℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件。
d)将打印-熔渗件进行性能表征。
对本申请实施例1～10以及对比例1～12中的相关数据进行比较(实施例1～10以及对比例1～12中所涉及的铺粉、打印、固化、脱脂、熔渗工艺参数均参考具体实施方式)，见表1至表4。
表1本申请实施例1～5与对比例6中的实验相关数据及其对比数据
从表1可知，与仅以粗粉体(316L不锈钢)为原料进行3D打印且后续采用熔渗处理的工艺相比；以级配混合粉体(316L不锈钢)为原料进行3D打印且后续采用熔渗处理的工艺得到的成形件，尺寸精度较高、表面光洁度较好，且拉伸强度高。
表2本申请对比例1～5中的实验对比数据
结合表1和表2可知，与以级配粉体(316L不锈钢)为原料进行3D打印且后续采用热固相烧结处理的工艺(对比例1～5)相比；以级配粉体(316L不锈钢)为原料进行3D打印且后续采用熔渗处理的工艺(实施例1～5)得到的成形件，尺寸精度、表面光洁度均有显著的提高。
表3本申请实施例6～10与对比例12中的实验相关数据及其对比数据
从表3可知，与仅以粗粉体(420不锈钢)为原料进行3D打印且后续采用熔渗处理的工艺相比；以级配混合粉体(420不锈钢)为原料进行3D打印且后续采用熔渗处理的工艺得到的成形件，尺寸精度较高、表面光洁度较好，且拉伸强度高。
结合表3和表4可知，与以级配粉体(420L不锈钢)为原料进行3D打印且后续采用热固相烧结处理的工艺(对比例7～11)相比；以级配粉体(420L不锈钢)为原料进行3D打印且后续采用熔渗处理的工艺(实施例6～10)得到的成形件，尺寸精度和表面光洁度均有显著的提高。
实施例中各实验结果表明，在以粒径分别为6～10μm的细颗粒金属、合金球形粉体和15～60μm的粗颗粒合金球形粉体为原材料的情况下，以粗粉体与细粉体积比为9：1的级配粉体在熔渗处理后的致密性较好，所对应的熔渗件的拉伸性能最好，同时尺寸控制精度以及表面粗糙度性能表现最好。相比传统的固相烧结工艺，在级配金属混合粉体3D打印中使用熔渗法能显著提升成形件的致密度和拉伸性能、表面粗糙度性能及其尺寸控制精度。
表4本申请对比例7～11中的实验对比数据
实施例1～10提供了一种提高3D金属材料打印件尺寸精度和光洁度的完整的构思：通过级配金属混合粉体控制打印-脱脂件的孔隙率，以熔渗工艺替代传统的热固相烧结工艺，根据孔隙率计算熔渗材料的使用量，通过控制熔渗材料的使用量，以得到尺寸精度高、光洁度好的3D打印成形件；根据级配金属混合粉体的材料，选择合适的熔渗材料，控制熔渗温度低于金属材料熔点以下150～400℃；但具体的级配金属混合粉体的材料、熔渗材料的选择不局限于本申请所列举的范围。
实施例1～10适用于常规结构的目标产品的制备，当适用于薄壁件目标产品的制备时，可选用实施例11、实施例12所述的流道-埋粉熔渗工艺进行后续的热处理。
实施例11
将6～10μm 316L不锈钢球形粉体、15～60μm 316L不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为7：1，得到对应7：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配金属混合粉体分别进行目标产品和流道的3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃；打印后将生坯打印件、生坯流道件，进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，分别得到打印件与流道件。
b)将打印件和流道件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度500℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件与流道-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为17g，采用流道-埋粉熔渗方式(如图1所示)，将流道-脱脂件紧靠打印-脱脂件并放置耐高温隔板进行布局，熔渗材料置于流道-脱脂件一侧，并在打印-脱脂件一侧填满氧化铝粉体，熔渗过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，熔渗最高温度1150℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件；熔渗材料的使用量M熔渗材料＝ρ熔渗材料×V脱脂件孔隙，V脱脂件孔隙包括打印-脱脂件的孔隙的总体积和流道-脱脂件的孔隙的总体积之和。
实施例12
将6～10μm 316L不锈钢球形粉体、15～60μm 316L不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为8：1，得到对应8：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配金属混合粉体分别进行目标产品和流道的3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件、生坯流道件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，分别得到打印件与流道件。
b)将打印件和流道件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度500℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件与流道-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为15.5g，采用流道-埋粉熔渗方式(如图1所示)，将流道-脱脂件紧靠打印-脱脂件并放置耐高温隔板进行布局，熔渗材料置于流道-脱脂件一侧，并在打印-脱脂件一侧填满氧化铝粉体，熔渗过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，熔渗最高温度1150℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件；熔渗材料的使用量M熔渗材料＝ρ熔渗材料×V脱脂件孔隙，V脱脂件孔隙包括打印-脱脂件的孔隙的总体积和流道-脱脂件的孔隙的总体积之和。
实施例13
将6～10μm 316L不锈钢球形粉体、15～60μm 316L不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为9：1，得到对应9：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配金属混合粉体分别进行目标产品和流道的3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件、生坯流道件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，分别得到打印件与流道件。
b)将打印件和流道件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度500℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件与流道-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为15g，采用流道-埋粉熔渗方式(如图1所示)，将流道-脱脂件紧靠打印-脱脂件并放置耐高温隔板进行布局，熔渗材料置于流道-脱脂件一侧，并在打印-脱脂件一侧填满氧化铝粉体，熔渗过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，熔渗最高温度1150℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件；熔渗材料的使用量M熔渗材料＝ρ熔渗材料×V脱脂件孔隙，V脱脂件孔隙包括打印-脱脂件的孔隙的总体积和流道-脱脂件的孔隙的总体积之和。
实施例14
将6～10μm 316L不锈钢球形粉体、15～60μm 316L不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为10：1，得到对应10：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配金属混合粉体分别进行目标产品和流道的3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件与流道件。
b)将打印件和流道件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度500℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件与流道-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为16g，采用流道-埋粉熔渗方式(如图1所示)，将流道-脱脂件紧靠打印-脱脂件并放置耐高温隔板进行布局，熔渗材料置于流道-脱脂件一侧，并在打印-脱脂件一侧填满氧化铝粉体，熔渗过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，熔渗最高温度1150℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件；熔渗材料的使用量M熔渗材料＝ρ熔渗材料×V脱脂件孔隙，V脱脂件孔隙包括打印-脱脂件的孔隙的总体积和流道-脱脂件的孔隙的总体积之和。
实施例15
将6～10μm 316L不锈钢球形粉体、15～60μm 316L不锈钢球形粉体进行混料处理，混粉转速为180rpm，混粉时间为1h，混粉在室温条件下干燥混合，粗粉体和细粉体体积比为11：1，得到对应11：1比例的级配金属混合粉体。
a)将级配金属混合粉体分别进行目标产品和流道的3D打印，打印过程中落料强度90％，刮刀速度85mm/min，铺粉层厚60μm，粘结剂饱和度60％，粉末床温度为55℃。打印后将生坯打印件进行热固化处理，固化温度190℃，固化时间8h，得到打印件与流道件。
b)将打印件进行脱脂处理，脱脂过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，脱脂最高温度500℃，保温时间30min，得到打印-脱脂件与流道-脱脂件。
c)将打印-脱脂件进行熔渗处理，熔渗材料为Cu-Sn10粉体，熔渗材料使用量为16.5g，采用流道-埋粉熔渗方式(如图1所示)，将流道-脱脂件紧靠打印-脱脂件并放置耐高温隔板进行布局，熔渗材料置于流道-脱脂件一侧，并在打印-脱脂件一侧填满氧化铝粉体，熔渗过程中通入氩气保护，氩气流量0.5L/min，熔渗最高温度1150℃，保温时间30min，得到打印-熔渗件；熔渗材料的使用量M熔渗材料＝ρ熔渗材料×V脱脂件孔隙，V脱脂件孔隙包括打印-脱脂件的孔隙的总体积和流道-脱脂件的孔隙的总体积之和。
在本申请中所述流道件与所述被熔渗基体的材质一致，通过3D打印的方式制备。流道件的材料可能会随着高温出现脱落现象，随流动的液相一起偏析至被熔渗基体中，致使在熔渗件中引入新的杂质，因此流道件与被熔渗基体尽可能保持材料统一。
实施例11～实施例15提供了一种针对薄壁产品进行熔渗的工艺，即采用流道-埋粉熔渗工艺进行热处理，埋粉可以防止熔渗过程中高温的液相在重力作用下对被熔渗基体的结构产生坍塌现象，以及液相溢出对细孔结构形成堵塞，从而得到高致密度的完整薄壁打印制品。参阅图1，如当制备带薄壁叶轮的产品时，采用实施例1～5所述的方法，高温液相在重力作用下对被熔渗的薄壁叶片结构发生坍塌，导致叶片之间发生堆叠；采用实施例11～实施例15所述的方法得到的产品的叶片没有坍塌，成型好。
流道件与被熔渗基体需要紧密接触，两者之间应保证有一定的接触面积；通过流道熔渗，可以减少高温液相材料对被熔渗基体的表面侵蚀，防止表面出现侵蚀孔，从而保证被熔渗基体的表面质量。
Claims (10)
1.一种基于3D打印的金属材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备级配金属混合粉体；所述级配金属混合粉体包括粗粉体和细粉体；所述粗粉体选自金属粉体中至少一种；所述细粉体选自金属粉体中至少一种；
S2、将步骤S1中所述级配金属混合粉体进行粘结剂喷射打印、经热固化、除去散粉后得到打印件；
S3、将步骤S2中所述打印件进行脱脂、熔渗处理，得到金属材料打印-熔渗件。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印的金属材料的制备方法，其特征在于，所述熔渗工艺中，熔渗材料的使用量M熔渗材料＝ρ熔渗材料×V脱脂件孔隙。
3.根据权利要求1所述的基于3D打印的金属材料的制备方法，其特征在于，所述金属粉体包括022Cr17Ni12Mo2、06Cr19Ni10、20Cr13、Fe-0.4C、Cr12MoV中至少一种；所述熔渗材料包括Cu-Sn合金、Cu-Ni合金、Cu-Ni-Mn合金、AlSi10Mg中至少一种。
4.根据权利要求1所述的基于3D打印的金属材料的制备方法，其特征在于，步骤S2替换为：将步骤S1中所述级配金属混合粉体进行凝胶注射成型打印、经热固化后得到打印件；或者，步骤S2替换为：将步骤S1中所述级配金属混合粉体进行粉末挤出成型打印，得到打印件。
5.根据权利要求2所述的基于3D打印的金属材料的制备方法，其特征在于，熔渗时的升温速率为2℃/min～10℃/min，熔渗温度小于金属材料熔点以下150～400℃，保温时间为30min～300min，熔渗烧结过程在惰性气体或者真空中进行。
6.根据权利要求2所述的基于3D打印的金属材料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂喷射打印工艺中：落料强度70％～90％，刮刀速度50mm/min～100mm/min，铺粉层厚40μm～200μm，粘结剂饱和度40％～100％，粉末床温度为室温～200℃；所述热固化工艺中：固化温度为130℃～220℃，固化时间为1h～50h；所述脱脂工艺中：升温速率为3℃/min～7℃/min，脱脂温度为400～800℃，保温时间为30min～150min，脱脂过程中通入惰性气体保护。
7.根据权利要求2所述的基于3D打印的金属材料的制备方法，其特征在于，所述粗粉体的粒径为15μm～60μm，所述细粉体的粒径为6μm～10μm，所述粗粉体与所述细粉体的体积比为8:1～11:1；所述粗粉体的形状为球形，所述细粉体的形状为球形或类球形。
8.根据权利要求2所述的基于3D打印的金属材料的制备方法，其特征在于，所述粗粉体和所述细粉体选自同一种金属粉体。
9.根据权利要求1所述的基于3D打印的金属材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中熔渗处理采用流道-埋粉熔渗工艺。
10.根据权利要求9所述的基于3D打印的金属材料的制备方法，其特征在于，采用步骤S2分别得到打印件和流道件，将所述打印件和所述流道件经过脱脂分别得到打印-脱脂件和流道-脱脂件，将流道-脱脂件紧靠打印-脱脂件并放置耐高温隔板进行隔开，熔渗材料置于流道-脱脂件一侧，并在打印-脱脂件一侧填满陶瓷粉体。
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