CN117139631A - 一种难熔金属的粘结剂喷射3d打印成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及难熔金属的增材制造技术领域，一种难熔金属的粘结剂喷射3D打印成形方法，包括以下步骤，S1、选用难熔金属粉末作为原材料，S2、进行高能球磨处理，S3、与PVA水溶液进行混合，采用离心盘雾化法或喷雾法制备成均匀液滴并干燥，S4、进行过筛处理，S5、进行粘结剂喷射3D打印，S6、打印完成后进行烘干固化，之后将零部件周围的粉末清理干净，得到打印生坯，S7、将打印生坯进行烧结，得到烧结坯。本发明采用难熔金属的细粒径粉末进行3D打印，原材料简单易得且成本低，采用粘结剂喷射3D打印工艺效率高，产品尺寸精度高，减少机加工量，提高粉末利用率，大幅降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及难熔金属的增材制造技术领域，具体地说是一种难熔金属的粘结剂喷射3D打印成形方法。
背景技术
目前针对难熔金属钨、钼及其合金，主要采用传统的粉末压制成型工艺进行制备，该工艺制备的产品主要为形状简单的零部件，针对具有复杂结构的零部件则需要通过机加工实现，导致材料利用率低，同时由于钨、钼及其合金硬度高、脆性大等原因，机加工成本极其高昂。近年来发展起来的增材制造工艺，对于制备三维复杂结构的零部件具有不可替代的优势，可实现近净成形，但由于该工艺对于粉末流动性要求非常高，因此其原材料主要为可进行雾化工艺（水雾化、气雾化、旋转电极雾化等方法）制备的球形粉末或近球形粉末。难熔金属钨、钼及其合金主要采用还原法进行制备，粉末粒径细（≤15μm）、球形度差，主要为多边形不规则形状，而流动性高的球形钨、钼粉及其合金需要采用等离子球化工艺制备，成本居高不下，从而限制了难熔金属及其合金在增材制造工艺上的应用。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，提供一种难熔金属的粘结剂喷射3D打印成形方法。
为实现上述目的，设计一种难熔金属的粘结剂喷射3D打印成形方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、选用难熔金属粉末作为原材料，难熔金属粉末的粒径分布范围为0＜D10≤2.5μm，D50≤6μm，D90≤12μm；
S2、将难熔金属粉末进行高能球磨处理，球磨后粉末的松装密度大于等于5g/cm³；
S3、将球磨后的粉末与PVA水溶液进行混合，制备成悬浮液，将该悬浮液采用离心盘雾化法或喷雾法制备成均匀液滴并干燥，形成多颗粉末聚集的近球形粉末；
S4、将近球形粉末进行过筛处理，得到粒径为小于等于30μm的近球形粉末；
S5、采用过筛后的近球形粉末进行粘结剂喷射3D打印；
S6、打印完成后采用120~200℃进行烘干固化，烘干固化之后将零部件周围的粉末清理干净，得到打印生坯；
S7、将打印生坯进行1400~1500℃烧结，烧结气氛为氢气，烧结保温时间2~5小时，得到烧结坯。
所述的步骤S1中的难熔金属粉末包括钨、钼、钨镍铁、钨铜、钼铜以及钼镧合金粉末。
所述的步骤S2中的球磨工艺为粉末与球的重量比为1:1~1.2，球磨转速为30~100r/min，球磨时间大于等于90分钟。
所述的步骤S3中的PVA水溶液的质量浓度范围为0.5~5%，金属粉末与PVA水溶液的体积比范围为0.5~1:10。
所述的步骤S5中的打印层厚为3~10倍D90。
本发明同现有技术相比，采用难熔金属的细粒径粉末进行3D打印，原材料简单易得且成本低，采用粘结剂喷射3D打印工艺效率高，产品尺寸精度高，减少机加工量，提高粉末利用率，大幅降低成本。
具体实施方式
下面根据实施例对本发明做进一步的说明。
S1、选用钨粉作为原材料，钨粉的粒径分布范围为0＜D10≤2.5μm，D50≤6μm，D90≤12μm，难熔金属钨主要采用还原法进行制备，粉末粒径细，与传统的等离子球化钨粉相比，原材料价格降低约70%，大幅降低了产品制造成本；
S2、将难熔金属粉末进行高能球磨处理，粉末与球的重量比为1:1，球磨转速为60r/min，球磨时间为90分钟，球磨后粉末的松装密度大于等于5g/cm³，通过球磨工艺，进行分散，且大幅改善了还原钨粉的形貌，使近球形化，提升流动性，使之能够适用于粘结剂喷射3D打印技术，可以制备出三维复杂结构零部件或薄壁零部件，解决传统粉末冶金工艺制品形状简单问题；
S3、将球磨后的粉末与PVA水溶液进行混合，制备成悬浮液，PVA水溶液的质量浓度为0.5%，粉末与PVA水溶液的体积比范围为1:10，将该悬浮液采用离心盘雾化法或喷雾法制备成均匀液滴并干燥，形成多颗粉末聚集的近球形粉末，大幅提升了粉末的流动性；
S4、将近球形粉末进行过筛处理，得到粒径为小于等于30μm的近球形粉末，近球形粉末为多颗粉末聚集的粉末团，原始粉末的粒径未改变，在不改变粉末原始粒径状态的前提下，大幅提升了粉末的流动性，后续烧结时，由于粉末细小，烧结驱动力更大，更加容易烧结致密，所需烧结温度降低，烧结温度跟原始粉末粒径有关，与多颗粉末聚集的近球形粉末粒径无关；
S5、采用过筛后的近球形粉末进行粘结剂喷射3D打印，打印层厚为3倍D90；
S6、打印完成后采用120℃进行烘干固化，烘干固化之后将零部件周围的粉末清理干净，得到打印生坯；
S7、将打印生坯进行1400℃烧结，烧结气氛为氢气，烧结保温时间3小时，得到烧结坯，采用粘结剂喷射3D打印工艺制备钨，其效率可达到传统SLM工艺的5~10倍，且所制备的产品结构复杂程度与SLM工艺相当，，尺寸精度可控制在±0.3mm，可实现三维复杂结构零部件的近净成形产品，减少机加工量，提高粉末利用率，大幅降低成本。
所述的步骤S1中的难熔金属粉末包括钨、钼、钨镍铁、钨铜、钼铜以及钼镧合金粉末，与传统SLM工艺相比，可制备的种类更多。
所述的步骤S2中的球磨工艺为粉末与球的重量比为1:1~1.2，球磨转速为30~100r/min，球磨时间大于等于90分钟。
所述的步骤S3中的PVA水溶液的质量浓度范围为0.5~5%，金属粉末与PVA水溶液的体积比范围为0.5~1:10。
所述的步骤S5中的打印层厚为3~10倍D90。
本发明使用时，采用难熔金属的细粒径粉末进行3D打印，原材料简单易得且成本低，采用粘结剂喷射3D打印工艺效率高，产品尺寸精度高，减少机加工量，提高粉末利用率，大幅降低成本。
Claims (5)
1.一种难熔金属的粘结剂喷射3D打印成形方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、选用难熔金属粉末作为原材料，难熔金属粉末的粒径分布范围为0＜D10≤2.5μm，D50≤6μm，D90≤12μm；
S2、将难熔金属粉末进行高能球磨处理，球磨后粉末的松装密度大于等于5g/cm³；
S3、将球磨后的粉末与PVA水溶液进行混合，制备成悬浮液，将该悬浮液采用离心盘雾化法或喷雾法制备成均匀液滴并干燥，形成多颗粉末聚集的近球形粉末；
S4、将近球形粉末进行过筛处理，得到粒径为小于等于30μm的近球形粉末；
S5、采用过筛后的近球形粉末进行粘结剂喷射3D打印；
S6、打印完成后采用120~200℃进行烘干固化，烘干固化之后将零部件周围的粉末清理干净，得到打印生坯；
S7、将打印生坯进行1400~1500℃烧结，烧结气氛为氢气，烧结保温时间2~5小时，得到烧结坯。
2.根据权利要求1所述的一种难熔金属的粘结剂喷射3D打印成形方法，其特征在于：所述的步骤S1中的难熔金属粉末包括钨、钼、钨镍铁、钨铜、钼铜以及钼镧合金粉末。
3.根据权利要求1所述的一种难熔金属的粘结剂喷射3D打印成形方法，其特征在于：所述的步骤S2中的球磨工艺为粉末与球的重量比为1:1~1.2，球磨转速为30~100r/min，球磨时间大于等于90分钟。
4.根据权利要求1所述的一种难熔金属的粘结剂喷射3D打印成形方法，其特征在于：所述的步骤S3中的PVA水溶液的质量浓度范围为0.5~5%，金属粉末与PVA水溶液的体积比范围为0.5~1:10。
5.根据权利要求1所述的一种难熔金属的粘结剂喷射3D打印成形方法，其特征在于：所述的步骤S5中的打印层厚为3~10倍D90。
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