CN1309514C - 用于选择性激光烧结的金属粉末组合物及其制备方法 - Google Patents

用于选择性激光烧结的金属粉末组合物及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1309514C
CN1309514C CNB2004100068246A CN200410006824A CN1309514C CN 1309514 C CN1309514 C CN 1309514C CN B2004100068246 A CNB2004100068246 A CN B2004100068246A CN 200410006824 A CN200410006824 A CN 200410006824A CN 1309514 C CN1309514 C CN 1309514C
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
percentage
weight
metal
nickel
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2004100068246A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1524649A (zh
Inventor
不破勋
吉田德雄
上永修士
岩永俊治
东喜万
峠山裕彦
阿部谕
武南正孝
清不俊
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.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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 Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Publication of CN1524649A publication Critical patent/CN1524649A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1309514C publication Critical patent/CN1309514C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/09—Mixtures of metallic powders
    • 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
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/12—Metallic powder containing non-metallic particles
    • 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
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • 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
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • 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
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • 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
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • 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)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

一种所需形状的三维物体是通过下面的方法制成的：在金属粉末层上照射光束以形成烧结层，并且一层层地层压这种烧结层。用于制备这种三维物体的金属粉末组合物包括：铁基粉末材料，镍和/或镍合金粉末材料，铜和/或铜合金粉末材料，和石墨粉末材料。石墨粉末材料在熔化期间起改善润湿性的作用并且在固化期间起减少微裂纹的作用。

Description

用于选择性激光烧结的金属粉末组合物及其制备方法
技术领域
一般而言，本发明涉及选择性激光烧结，并且具体但非排除而言，涉及一种用于选择性激光烧结的金属粉末组合物，其中所需要形状的三维物体是通过下面的方法制成的：在金属粉末层上照射光束以形成烧结层，并且一层层地层压这种烧结层。本发明还涉及制备该金属粉末组合物的方法，并且涉及一种通过使用该金属粉末组合物成型的三维物体。
背景技术
已知通过使用选择性激光烧结制备三维物体的方法，其中在金属粉末组合物层的预定位置上，首先照射光束(直接的能量射束，例如激光)，以形成烧结层。然后用金属粉末组合物的新层覆盖由此得到的烧结层，并且在新层的预定位置上，照射光束，以形成与下层结合的新烧结层。重复进行这些过程，以形成烧结件或三维物体，其中一层层地牢固地层压许多的烧结层。通过控制光束的能量密度，此方法可以得到各种状态的成型物体，所述的状态包括在成型物体内有许多空间(空洞)的状态，及金属粉末组合物已经被基本上完全熔化然后固化的状态，即密度(烧结密度)为约100％的状态。为此，可以将此方法用来制备要求具有光滑表面的成型模具。此外，此方法可以使成型物体的表面区域具有高密度，内部区域具有低密度，和它们之间的区域具有中密度。在成型物体具有不同密度的情况下，没有为光滑表面牺牲成型速度。
但是，制备这种具有不同表面和内部密度的成型物体要求这样的金属粉末组合物，其具有不同于普通粉末烧结使用的金属粉末组合物的特征。
举例来说，金属粉末组合物的粒径必须小于每一种粉末层的厚度。较小的粒径增加粉末组合物的堆积密度，并且增加在成型期间对光束的吸收率，因此，不仅可以增加成型密度，而且可以降低表面粗糙度。但是，太小的粒径有时引起粉末组合物的内聚，导致粉末组合物堆积密度的降低并且不能均匀地形成粉末薄层。
再有，为了使成型物体具有要求的强度，用光束照射的部分和下面的烧结层具有大的粘合面积和高的粘合强度。而且，用光束照射的部分不必在其上表面具有大的突起或隆起。如果这种突起高于将在其上形成的粉末层的厚度，有时粉末层的形成变得困难。
此外，由于非必须的金属粉末粘附于成型物体的表面，所以在加工成型物体以除去非必须的金属粉末来暴露高密度表面区域时，需要良好的工作性能。
当然，在成型物体的表面必须没有大的裂纹存在，并且考虑到引起液体介质如冷却水流动经过例如注塑模具中，要求在其内部结构中没有细裂纹。
用光束照射的金属粉末组合物部分或完全熔化，然后通过随后的快速冷却而固化以转变为烧结材料。在熔化期间高的润湿性增加熔融材料与邻近的烧结材料之间的粘合面积，并且高的流动性降低突起或隆起。为此，要求高的润湿性和高的流动性。
考虑到上述，本申请的发明人提出了一种如在日本公开专利出版物2001-152204中所公开的金属粉末组合物。这种金属粉末组合物含有：铬钼钢粉末、磷铜或锰铜粉末和镍粉末。由于其强度或韧性而采用铬钼钢，由于其润湿性或流动性而采用磷铜或锰铜，并且由于其加工性能而采用镍。
在得到表面区域和内部区域之间具有不同密度的成型物体方面，上面所提到的金属粉末组合物通常提供良好的结果，但仍然在润湿性、流动性和加工性能(加工性)方面存在改善的余地。
如图11描绘的在25倍的放大倍数下，由常规金属粉末组合物得到的成型物体的一部分的照片所示，在高密度下烧结的部分具有在其中形成的微裂纹，其又损坏成型物体，在将其用作成型模具时尤其如此。
发明内容
提出本发明来克服上面所述的缺点。
因此，本发明的一个目的是提供一种可以用于选择性激光烧结的金属粉末组合物，以得到没有微裂纹并且在烧结时具有优异的成型性能的成型物体。
本发明的另一个目的是提供一种容易制备上面所提到的金属粉末组合物的方法。
本发明的再一个目的是提供一种可以用作注塑模具的成型物体。
在实现上述和其它的目的中，根据本发明的金属粉末组合物包括：铁基粉末材料、镍和/或镍合金粉末材料、铜和/或铜合金粉末材料和石墨粉末材料。石墨粉末材料在熔化期间起改善润湿性的作用或在固化期间起减少微裂纹的作用。
优选地，石墨粉末材料的比例为0.2重量百分比至1.0重量百分比，如果石墨粉末材料的比例小于0.2重量百分比或超过1.0重量百分比，减少微裂纹的作用被减小。
当石墨粉末材料的比例为0.2重量百分比至1.0重量百分比时，考虑到减少微裂纹或改善成型性能，进一步优选铁基粉末材料的比例为60重量百分比至90重量百分比，镍和/或镍合金粉末材料的比例为5重量百分比至35重量百分比，铜和/或铜合金粉末材料的比例为5重量百分比至15重量百分比。
更具体而言，如果镍和/或镍合金粉末材料的比例小于5重量百分比，成型物体可能含有裂纹。另一方面，如果镍和/或镍合金粉末材料的比例超过35重量百分比，将成型物体通过快速冷却进行大的热收缩并且容易与由例如铁制成的成型板分离。如果铜和/或铜合金粉末材料的比例小于5重量百分比，在熔化期间失去用于选择性激光烧结的材料所要求的润湿性或流动性。另一方面，如果铜和/或铜合金粉末材料的比例超过15重量百分比，降低了成型物体(含有很多铜的铁合金)与成型板之间的粘合力，导致成型物体与成型板分离。
当满足下面两个条件至少一个时：一个条件是铁基粉末材料包括铬钼钢粉末材料，另一个条件是铜合金粉末材料包括铜锰合金材料，由于石墨粉末材料的加入，进一步改善了成型物体的特性。
特别优选的是，当铬钼钢粉末材料的比例为60重量百分比至80重量百分比，镍粉末材料的比例为15重量百分比至25重量百分比，以及铜锰合金粉末材料的比例为5重量百分比至15重量百分比时，加入的石墨粉末材料的比例为0.2重量百分比至0.75重量百分比。
虽然优选铁基粉末材料、镍和/或镍合金粉末材料和铜和/或铜合金粉末材料的每一种的平均颗粒直径为5μm至50μm，但是进一步优选铁基粉末材料的平均颗粒直径小于镍和/或镍合金粉末材料的和铜和/或铜合金粉末材料的平均颗粒直径。特别优选使用这样的铁基粉末材料，其平均颗粒直径小于镍和/或镍合金粉末材料的和铜和/或铜合金粉末材料的约四分之三的平均颗粒直径。
如果铁基粉末材料、镍和/或镍合金粉末材料，或铜和/或铜合金粉末材料的平均颗粒直径小于5μm，那么引起粉末组合物的内聚，降低粉末组合物的流动性，并且使其不能形成高密度的粉末层。如果该平均颗粒直径超过50μm，粉末层的厚度不能小于50μm，难以实现高精度的成型。
为了通常在高密度下均匀地层压金属粉末组合物，优选粉末颗粒是球形的并且具有相对狭窄的颗粒尺寸分布。但是，当金属粉末组合物加入有石墨粉末材料时，进一步优选铁基粉末材料主要由非球形颗粒组成，而每一种镍和/或镍合金粉末材料和铜和/或铜合金粉末材料主要由球形颗粒组成。特别是当铁基粉末材料是铬钼钢粉末材料时，优选其平均颗粒直径小于25μm。金属粉末组合物可以是“粒状粉末组合物”，其是作为通常具有球形颗粒已知的，所述的球形颗粒是通过用粘合剂(粘结剂)固化非常细的粉末颗粒而得到的。
一种制备根据本发明的金属粉末组合物的方法，其特征在于，在铁基粉末材料、镍和/或镍合金粉末材料和铜和/或铜合金粉末材料的混合物中混合石墨薄片，并且碾碎得到的混合物。此方法可以使处理容易并且使石墨均匀分布。
由于通过烧结上面所指的金属粉末组合物而成型的三维物体在其表面上没有裂纹，并且在其内部结构中几乎没有微裂纹，所以该三维物体的表面区域与内部区域的密度可以不同，并且可以将其用作注塑模具。
附图说明
从下面参考附图的优选实施方案的描述中，本发明的上述和其它目的和特征将变得更加清楚，至始自终，其相同的部件由相同的参考数字表示，并且其中：
图1是通过使用根据本发明的金属粉末组合物制备三维物体的装置的示意透视图；
图2是形成三维物体的示意前视图；
图3是在25倍的放大倍数下，由添加有石墨粉末的金属粉末得到的成型物体的一部分的照片；
图4是主要由非球形颗粒组成的铬钼钢粉末的SEM照片；
图5是主要由球形颗粒组成的镍粉末的SEM照片；
图6是主要由球形颗粒组成的铜锰合金粉末的SEM照片；
图7是石墨薄片的SEM照片；
图8是几种粉末的混合物的SEM照片；
图9是在25倍的放大倍数下，由添加有生成碳化物的元素的金属粉末得到的成型物体的一部分的照片；
图10是在25倍的放大倍数下，由添加有铁基粉末的金属粉末得到的成型物体的一部分的照片，所述的铁基粉末含有许多生成碳化物的元素；和
图11是在25倍的放大倍数下，由常规金属粉末得到的成型物体的一部分的照片；
具体实施方式
本申请是基于分别于2003年2月25日和2003年7月28日在日本提交的申请2003-48263和2003-281260，明确地在此引入其全部内容作为参考。
图1描绘了选择性激光烧结的装置。在那里所示的装置包括：用于形成粉末层10的粉末层形成单元2，用于形成烧结层11的烧结层形成单元3，和用于除去低密度表面层的表面层除去单元4。粉末层形成单元2通过下面的方法形成预定厚度Δt1的粉末层10：首先在有限空间通过气缸垂直移动的可垂直移动的桌20上，供给金属粉末组合物，并且接着通过使用夷平叶片21将粉末组合物夷平。烧结层形成单元3通过下面的方法形成烧结层11：通过一个包括折射器31等的扫描光学系统，在粉末层10上照射由激光束发生器30发出的激光。优选将激光振荡器用作激光束发生器30，并且优选将电镜(galvanomirror)用作偏转器31。表面层除去单元4包括：安装在粉末层形成单元2基底上的XY驱动单元40和安装在XY驱动单元40上的修整机41。优选将切削机如端铣刀、钻孔机等用作修整机41。
图2描绘怎样使用上面所指的装置来制备三维物体。如其中所示，首先在可垂直移动的桌20上安置的基底22上，供给金属粉末组合物，可垂直移动的桌20用作调节烧结层形成单元3和烧结层之间距离的距离调节器。然后，通过夷平叶片21，将供给在基底22上的粉末组合物夷平，以形成第一粉末层10，并且在第一粉末层10的所需要部分上照射光束(激光束)L以使其烧结，由此形成与基底22结合的烧结层11。
然后，将可垂直移动的桌20降低预定的高度，并且通过再次供给金属粉末组合物和通过使用夷平叶片21将其夷平，形成第二粉末层10。再次在第二粉末层10的所需要部分上照射激光束L以使其烧结，由此形成与下面的烧结层11结合的另一烧结层11。
重复进行在降低可垂直移动的桌20之后，形成新的粉末层10的过程和在新粉末层10的所需要部分上照射激光束L，以形成新烧结层11的过程，由此制备目标三维物体。优选将CO2激光用作光束。在三维物体是成型模具的应用中，优选粉末层10的每一层的厚度Δt1为约0.05mm。
由事先设计的三维CAD数据来准备指示激光照射路径的数据和指示切削路径的数据，以指示所需要的形状。在确定激光照射的路径中，在等间距(0.05mm，在Δt1为0.05mm的情况下)下，由已经得到的每一部分用的等高线数据来确定目标形状，该等高线数据是通过分割由三维CAD模型创建的STL数据而得到的。优选这样进行光束的照射，以便三维物体的至少一个表面区域被烧结以具有高密度(例如，孔隙率小于5％)，同时三维物体的内部被烧结以具有低密度。即，模型数据被分为用于表面区域的数据和用于内部区域的数据，并且激光束在这样的条件下照射：其中内部区域成为多孔的和表面区域通过在其中的大部分粉末组合物的熔化而成为具有高密度，使其可以高速得到具有稠密表面的成型物体。
在多层烧结层11的形成期间，当其总厚度达到一个具体的值，即由例如铣刀头41的工具长度决定的值时，激活表面层除去单元4以切削在那时已经成型的三维物体的表面。例如，直径为1mm并且有效叶片长度为3mm的铣刀头41的工具(圆头槽铣刀)可以进行深度为3mm的切削。因而，如果粉末层10的厚度Δt1为0.05mm，当形成了60层的烧结层11时，激活表面层除去单元4。
表面层除去单元4可以除去由粘附至成型物体表面的粉末形成的低密度表面层，并且可以同时切削掉部分高密度区域，由此在成型物体的整个表面之上暴露高密度区域。为此，将烧结层11的形状形成为稍大于所需要形状的尺寸。
如前面所述，切削路径及激光照射路径是由三维CAD数据制定的。尽管切削路径是基于所谓的等高线加工决定的，但是在烧结期间，不总是要求切削路径的垂直间距与层压的间距相同。如果目标物具有平缓坡度，通过减小垂直间距，可以得到平滑的表面。
尽管在举例说明的实施方案中装置包括在成型期间用于切削工作的表面层除去单元4，但本发明还可以应用于普通的选择性激光烧结，其中没有采用表面层除去单元，并且在成型期间不进行切削工作。
在通过使用上面所指的选择性激光烧结来制备三维物体时，所使用的金属粉末组合物对成型物体的成型性能或质量具有巨大的影响。在本发明的实践中，使用的是：铁基粉末材料、镍粉和/或镍合金粉末材料、铜粉和/或铜合金粉末材料和石墨粉末材料的混合物。
尽管为了降低待烧结组合物的熔点或者提高烧结密度的目的，也在烧结铁基粉末中使用石墨，但是迄今为止认为：在通过在其上照射光束来熔化厚度Δt1＝0.05mm的相当薄的粉末层10中，不需要石墨。但是，此申请的发明人发现：石墨粉末的加入对在熔化期间改善润湿性或在高密度部分的固化期间减少微裂纹而言，是相当有效的。
图3描绘了添加有石墨粉末的成型物体的一部分，特别显示的是有石墨块斑点的成型物体。
石墨粉末的比例取决于金属粉末组合物的比例，并且优选其小于约1重量百分比。具体而言，当铁基粉末的比例为60-90重量百分比，镍粉和/或镍合金粉末的比例为5-35重量百分比，和铜粉和/或铜合金粉末的比例为5-15重量百分比时，优选石墨粉末的比例为0.2-1.0重量百分比。如果石墨粉末的比例超过1重量百分比，减少微裂纹的作用明显地降低，导致微裂纹的产生至类似于没有石墨粉末加入情况下的程度。
优选将铬钼钢的粉末和铜锰合金的粉末分别用作铁基粉末和铜合金粉末。当满足这两个条件的至少一个时，可以保证提高添加有石墨粉末的成型物体的特性。
当铬钼钢粉末的比例为60-80重量百分比，镍粉末的比例为15-25重量百分比，铜锰合金粉末的比例为5-15重量百分比，和石墨粉末的比例为0.2-0.75重量百分比时，高密度部分没有细裂纹，并且对于高密度部分和低密度部分这两部分而言，可以得到所需要的成型性能。
优选所有的铁基粉末、镍粉和/或镍合金粉末和铜粉和/或铜合金粉末的平均颗粒直径为5-50μm。如果颗粒直径太小，引起粉末组合物的内聚。因而，当粉末层10的厚度Δt1为0.05mm时，将平均颗粒直径设置为约30μm。
由于通常在高密度下均匀层压金属粉末组合物，优选粉末颗粒为球形的，并且具有相对狭窄的颗粒尺寸分布。但是，在加入石墨粉末时，优选铁基粉末主要由非球形颗粒组成，而镍粉和/或镍合金粉末和铜粉和/或铜合金粉末主要由球形颗粒组成。具体而言，在铁基粉末是主要由非球形颗粒组成的铬钼钢粉末和其平均颗粒直径小于25μm，并且还小于镍粉和/或镍合金粉末或铜粉和/或铜合金粉末材料的约四分之三的平均颗粒直径情况下，可以得到良好的结果。
实施例
使用主要由非球形颗粒组成的并且平均颗粒直径为20μm的SCM440(铬钼钢)粉末(参见图4)、主要由球形颗粒组成的并且平均颗粒直径为30μm的Ni(镍)粉末(参见图5)和主要由球形颗粒组成的并且平均颗粒直径为30μm的CuMnNi(例如由Cu-10重量％Mn-3重量％Ni制成的铜锰合金)(参见图6)，来制备6种金属粉末组合物。如下所示，该6种金属粉末组合物添加有不同比例的C(石墨)：
a)70重量％SCM440-21重量％Ni-9重量％CuMnNi
b)70重量％SCM440-21重量％Ni-9重量％CuMnNi+0.2重量％C
c)70重量％SCM440-21重量％Ni-9重量％CuMnNi+0.4重量％C
d)70重量％SCM440-21重量％Ni-9重量％CuMnNi+0.5重量％C
e)70重量％SCM440-21重量％Ni-9重量％CuMnNi+0.75重量％C
f)70重量％SCM440-21重量％Ni-9重量％CuMnNi+1.0重量％C
在下面的条件下，使用所述的6种金属粉末组合物(a)-(f)，进行选择性激光烧结：
粉末层厚度：0.05mm
所用的激光器：200W CO2激光器(输出：90％)
扫描速度：75mm/秒
扫描间距：0.25mm
对于其中没有添加石墨的金属粉末组合物(a)，发现大量的微裂纹，而对于其中添加了0.5重量％石墨的金属粉末组合物(d)，没有发现微裂纹。对于其中添加了0.4重量％石墨的金属粉末组合物(c)，仅发现很少的微裂纹。对于其中添加了0.2重量％石墨的金属粉末组合物(b)和对于其中添加了0.75重量％石墨的金属粉末组合物(e)，与其中没有添加石墨的金属粉末组合物(a)相比，确认了减少微裂纹的作用。对于其中添加了1.0重量％石墨的金属粉末组合物(f)，与金属粉末组合物(a)相比，发现基本上相同的数目或稍少数目的微裂纹。
在下面的条件下制备密度不同的三维物体：
i)高密度部分
扫描速度：75mm/秒
扫描间距：0.25mm
ii)中密度部分
扫描速度：150mm/秒
扫描间距：0.5mm
iii)低密度部分
扫描速度：200mm/秒
扫描间距：0.3mm
在制备三维物体中，高密度部分和中密度部分的每一层都用激光照射，而低密度层每隔一层用激光照射。
就其中添加有石墨粉末的金属粉末组合物而言，由于仅少量的隆起存在，得到了良好的流动特性(流动性)。
制备另一种与金属粉末组合物(d)相同组成的金属粉末组合物，其含有主要由球形颗粒组成的并且平均颗粒直径为30μm的铬钼钢粉末，该直径与其它非铁金属粉末的平均颗粒直径相同。在下面的条件下，烧结此金属粉末组合物：
粉末层厚度：0.05mm
所用的激光器：200W CO2激光器(输出：90％)
扫描速度：75mm/秒
扫描间距：0.25mm
用此金属粉末组合物，虽然发现少量的微裂纹和由于微孔的存在而导致密度降低至某种程度，但与金属粉末组合物(d)相比，可以得到基本上良好的成型物体。
使用CuP(铜磷)合金粉末代替在金属粉末组合物(d)中的铜锰合金粉末，制备另一种金属粉末组合物并且在相同的条件下烧结。CuP合金粉末主要由球形颗粒组成并且平均颗粒直径为30μm。对于这种金属粉末组合物，发现微裂纹的存在并且烧结层具有不均匀的上表面，其又阻碍下一粉末层的形成。此外，烧结层没有足够的横向强度。
使用CuP(铜磷)合金粉末代替在金属粉末组合物(d)中的铜锰合金粉末，制备再一种金属粉末组合物并且在相同的条件下烧结。在此情况下，铜磷合金粉末主要由球形颗粒组成并且平均颗粒直径为30μm，并且铬钼钢粉末主要由球形颗粒组成并且平均颗粒直径为30μm，该直径与其它非铁金属粉末的平均颗粒直径相同。尽管与主要由球形颗粒组成的并且平均颗粒直径为30μm的铜磷合金粉末与主要由非球形颗粒组成的并且平均颗粒直径为20μm的铬钼钢粉末的组合相比，可以得到更好的结果，但是发现微裂纹的存在。
添加有铜磷合金粉末的金属粉末和添加有铜锰合金粉末的金属粉末导致微裂纹产生的因素不同。认为后者引起微裂纹是由于在激光烧结期间的熔化不良，并且认为平均颗粒直径比其它非铁金属粉末小的铬钼钢粉末的使用促进熔化，由此减少了微裂纹的数量。
在使用的是主要由非球形颗粒组成的铬钼钢粉末的情况下，与主要由球形颗粒组成的铬钼钢粉末相比，石墨粉末有效地散布在每一颗铬钼钢粉末颗粒的表面上。在前一种情况下，而不是在后一种情况下，石墨粉末的加入更有效。
在石墨粉末与含有铁基粉末、镍粉和/或镍合金粉末和铜粉和/或铜合金粉末的混合物的金属粉末组合物混合中，首先将如图7所示的石墨薄片加入到金属粉末组合物中，然后在研钵中碾碎或磨碎。图8描绘的是所得到的其中没有发现石墨粉末的混合物。其理由是石墨有效地散布在金属粉末组合物的表面上，尤其是主要由非球形颗粒组成的铬钼钢粉末的表面上。在此情况下，与石墨粉末仅与金属粉末组合物混合的情况相比，可以得到良好的成型性能，并且发现更少量的微裂纹。
此外，制备和烧结另一种金属粉末组合物，其颗粒的最大长度小于铁基粉末的平均颗粒直径并且尤其是小于10μm。在通过激光器的照射的熔化期间，烧结的层显示其中使碳进入铁中以降低熔点的渗碳作用。由于提高了熔化期间的流动特性，降低了烧结层表面的不均匀性。
顺便提及，由炭黑，即通过天然气或液态烃的不完全燃烧或热分解得到的细黑粉末，可以得到由最大长度为1至7微米的超细颗粒组成的石墨粉末。也可以通过喷射研磨得到这种石墨粉末。
尽管图3中的黑点表示石墨沉积物，但优选事先在铁中混合用于制备碳化物的一种元素或多种元素。如果将一种元素或多种元素如Cr(铬)、Mo(钼)、W(钨)、V(钒)等混合于铁中，当由熔融状态固化时，倾向于沉积的碳与这种元素化合，转变为碳化物，使其可以防止碳的沉积。
图9是在这样的情况下的SEM照片：即W(钨)粉末被加入到上面所指的金属粉末组合物(d)(70重量％SCM440-21重量％Ni-9重量％CuMnNi+0.5重量％C+0.5重量％W)中的情况，而图10是在这样的情况下的SEM照片：即其中铁基粉末SCM440被含有许多生成碳化物的元素的SKH钢粉末(70重量％SKH51-21重量％Ni-9重量％CuMnNi+0.5重量％C)所代替的情况。这些照片显示：与图3所示并且由金属粉末组合物(d)得到的成型物体相比，在其中显示的成型物体含有减少数量的碳沉积物。减少数量的碳沉积物可以实现高密度、高强度和高硬度的成型，并且不存在沉积的碳提高了加工后的表面粗糙度。
通过选择性激光烧结上面所讨论的金属粉末组合物而得到的三维物体具有足够的适宜于注塑模具的特性。
为了便于处理，上面所讨论的金属粉末可以是“粒状粉末”。
虽然通过参考附图的实施例全面地描述了本发明，但这里应当注意的是：对本领域的技术人员而言，各种变化和修改将是显然的。因此，除非这种变化和修改另外离开了本发明的精神和范围，否则应当认为它们被包括在其中。

Claims (12)

1.一种用于选择性激光烧结的金属粉末组合物，其包含：
60重量百分比至90重量百分比的铁基粉末材料；
5重量百分比至35重量百分比的镍和/或镍合金粉末材料；
5重量百分比至15重量百分比的铜和/或铜合金粉末材料；和
0.2重量百分比至1.0重量百分比的石墨粉末材料，其中石墨粉末材料的重量百分比是基于铁基粉末材料、镍和/或镍合金粉末材料以及铜和/或铜合金粉末材料的总重量。
2.根据权利要求1所述的金属粉末组合物，其中满足下面至少一个条件：所述铁基粉末材料包括铬钼钢粉末材料的条件和所述铜合金粉末材料包括铜锰合金材料的条件。
3.根据权利要求2所述的金属粉末组合物，其中当所述铬钼钢粉末材料的比例为60重量百分比至80重量百分比，所述镍粉末材料的比例为15重量百分比至25重量百分比，以及所述铜锰合金粉末材料的比例为5重量百分比至15重量百分比时，加入的所述石墨粉末材料的比例为0.2重量百分比至0.75重量百分比。
4.根据权利要求1所述的金属粉末组合物，其中所述铁基粉末材料、镍和/或镍合金粉末材料和铜和/或铜合金粉末材料中每一种的平均颗粒直径为5μm至50μm。
5.根据权利要求4所述的金属粉末组合物，其中所述铁基粉末材料的平均颗粒直径小于所述镍和/或镍合金粉末材料和所述铜和/或铜合金粉末材料的平均颗粒直径。
6.根据权利要求5所述的金属粉末组合物，其中所述铁基粉末材料的平均颗粒直径小于镍和/或镍合金粉末材料和铜和/或铜合金粉末材料的四分之三的平均颗粒直径。
7.根据权利要求4所述的金属粉末组合物，其中所述铁基粉末材料主要由非球形颗粒组成，而所述镍和/或镍合金粉末材料和所述铜和/或铜合金粉末材料中每一种主要由球形颗粒组成。
8.根据权利要求7所述的金属粉末组合物，其中所述铁基粉末材料包含平均颗粒直径小于25μm的铬钼钢粉末。
9.根据权利要求7所述的金属粉末组合物，其中所述石墨粉末材料包含其最大长度小于铁基粉末材料的平均颗粒直径的颗粒。
10.根据权利要求1所述的金属粉末组合物，其中所述的金属粉末组合物包含粒状粉末。
11.根据权利要求1所述的金属粉末组合物，其还包含一种在其中混合的生成碳化物的元素。
12.一种制备根据要求1所述的金属粉末组合物的方法，该方法包含：
制备铁基粉末材料；
制备镍和/或镍合金粉末材料；
制备铜和/或铜合金粉末材料；
混合60重量百分比至90重量百分比的所述的铁基粉末材料、5重量百分比至35重量百分比的所述的镍和/或镍合金粉末材料和5重量百分比至15重量百分比的所述的铜和/或铜合金粉末材料；
在所述的铁基粉末材料、所述的镍和/或镍合金粉末材料和所述的铜和/或铜合金粉末材料的混合物中，混合0.2重量百分比至1.0重量百分比的石墨薄片，其中石墨粉末材料的重量百分比是基于铁基粉末材料、镍和/或镍合金粉末材料以及铜和/或铜合金粉末材料的总重量；和
碾碎所得到的混合物。
CNB2004100068246A 2003-02-25 2004-02-24 用于选择性激光烧结的金属粉末组合物及其制备方法 Expired - Fee Related CN1309514C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003048263 2003-02-25
JP2003048263 2003-02-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1524649A CN1524649A (zh) 2004-09-01
CN1309514C true CN1309514C (zh) 2007-04-11

Family

ID=32866596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100068246A Expired - Fee Related CN1309514C (zh) 2003-02-25 2004-02-24 用于选择性激光烧结的金属粉末组合物及其制备方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7258720B2 (zh)
KR (2) KR20040076794A (zh)
CN (1) CN1309514C (zh)
DE (1) DE102004008054B8 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015203873A1 (de) 2015-03-04 2016-09-08 Airbus Operation GmbH 3D-Druckverfahren und Pulvermischung zum 3D-Drucken

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2276270A1 (en) * 2004-11-26 2011-01-19 GN Resound A/S Holder for shaping a sound tube and method of manufacturing thereof
JP2006200030A (ja) * 2005-01-24 2006-08-03 Aisan Ind Co Ltd 立体造形物の製造方法及び製造装置
JP4791745B2 (ja) * 2005-03-28 2011-10-12 パナソニック電工株式会社 光学媒質の光入出射部処理方法
CN1318167C (zh) * 2005-08-09 2007-05-30 南昌航空工业学院 一种基于选区激光烧结的颗粒增强金属基复合材料的近净成形制备方法
DE102005055524B4 (de) * 2005-11-22 2013-02-07 BEGO Bremer Goldschlägerei Wilh. Herbst GmbH & Co. KG Verfahren, Vorrichtung und System zur Herstellung eines keramischen Formkörpers
CN100393452C (zh) * 2005-12-16 2008-06-11 华中科技大学 一种激光烧结快速成形材料的制备方法
EP2060343B1 (en) * 2006-08-28 2014-11-05 Panasonic Corporation Metal powder for metal photofabrication and method of metal photofabrication using the same
CN101835554B (zh) * 2007-10-26 2012-08-22 松下电器产业株式会社 金属粉末烧结部件的制造装置及制造方法
JP4798185B2 (ja) 2008-08-05 2011-10-19 パナソニック電工株式会社 積層造形装置
JP5364439B2 (ja) * 2009-05-15 2013-12-11 パナソニック株式会社 三次元形状造形物の製造方法
JP5539347B2 (ja) * 2009-06-23 2014-07-02 パナソニック株式会社 三次元形状造形物の製造方法およびそれから得られる三次元形状造形物
GB201017692D0 (en) 2010-10-20 2010-12-01 Materials Solutions Heat treatments of ALM formed metal mixes to form super alloys
EP2772329A1 (en) 2013-02-28 2014-09-03 Alstom Technology Ltd Method for manufacturing a hybrid component
EP2969318B1 (en) * 2013-03-15 2018-07-25 Schott Corporation Glass-metal composites
FR3008014B1 (fr) * 2013-07-04 2023-06-09 Association Pour La Rech Et Le Developpement De Methodes Et Processus Industriels Armines Procede de fabrication additve de pieces par fusion ou frittage de particules de poudre(s) au moyen d un faisceau de haute energie avec des poudres adaptees au couple procede/materiau vise
JP6379850B2 (ja) * 2013-10-11 2018-08-29 セイコーエプソン株式会社 レーザー焼結用粉末および構造物の製造方法
CN103612390B (zh) * 2013-11-12 2016-03-09 广东卓耐普智能股份有限公司 一种3d激光打印机及其打印方法
CN104858430A (zh) * 2014-02-25 2015-08-26 通用电气公司 三维零件的制造方法
DE102014207507B4 (de) 2014-04-17 2021-12-16 Kennametal Inc. Zerspanungswerkzeug sowie Verfahren zum Herstellen eines Zerspanungswerkzeugs
DE102014207510B4 (de) 2014-04-17 2021-12-16 Kennametal Inc. Zerspanungswerkzeug sowie Verfahren zum Herstellen eines Zerspanungswerkzeugs
CN103993310B (zh) * 2014-06-06 2016-08-17 江苏大学 在钛金属表面制备Nb基多元元素粉末熔合合金涂层的方法
CN104028758B (zh) * 2014-07-04 2016-01-20 成都三鼎日新激光科技有限公司 一种热沉的制作方法
CN104117672B (zh) * 2014-07-31 2017-01-18 华中科技大学 一种制备/成形非晶合金及其复合材料的方法
US10543672B2 (en) * 2014-09-02 2020-01-28 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Additive manufacturing for an overhang
US9643282B2 (en) 2014-10-17 2017-05-09 Kennametal Inc. Micro end mill and method of manufacturing same
CN104399968B (zh) * 2014-11-10 2016-08-17 中国矿业大学 一种用于连续式光纤激光表面合金化的钴基金属合金粉末
DE102015201686A1 (de) * 2015-01-30 2016-08-04 Siemens Aktiengesellschaft Additives Herstellungsverfahren unter Verwendung dickerer Pulverschichten und Bauteil
CN105057664B (zh) * 2015-08-14 2017-10-10 东莞劲胜精密组件股份有限公司 一种3d打印粉料及3d打印方法
CN106466712A (zh) * 2015-08-17 2017-03-01 优克材料科技股份有限公司 选择性三维成型方法
TWI692382B (zh) * 2016-01-27 2020-05-01 史達克公司 高熵合金絲及多主元合金絲，及其預形成物、製造方法和應用
US10614923B2 (en) 2016-07-19 2020-04-07 Battelle Energy Alliance, Llc Methods of forming structures and fissile fuel materials by additive manufacturing
DE112016007474T5 (de) 2016-12-28 2019-08-14 Mitsubishi Electric Corporation Hilfsvorrichtung für die additive Fertigung, Hilfsverfahren für die additive Fertigung und Hilfsprogramm für die additive Fertigung
US20190030606A1 (en) * 2017-07-31 2019-01-31 General Electric Company Automatic powder compaction
US10982306B2 (en) 2017-10-30 2021-04-20 GM Global Technology Operations LLC Additive manufacturing process and powder material therefor
WO2019177614A1 (en) 2018-03-15 2019-09-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Composition
CN109182832B (zh) * 2018-11-08 2020-01-03 江苏精研科技股份有限公司 一种碳纳米管增强铜基合金及一种粉末注射成型工艺
EP3797904A1 (de) 2019-09-27 2021-03-31 Flender GmbH Additives herstellungsverfahren mit härtung
US11407170B2 (en) 2019-12-20 2022-08-09 General Electric Company System and methods for contour stitching in additive manufacturing systems
KR102432708B1 (ko) * 2020-03-25 2022-08-18 아오메탈주식회사 몰리브덴-동 소결 합금의 제조방법
CN111778420B (zh) * 2020-07-14 2022-04-12 广东科学技术职业学院 一种石墨/金属基自润滑复合材料及其3d打印制备方法
WO2023014986A1 (en) * 2021-08-05 2023-02-09 University Of Maryland, College Park Systems and methods for pipe repair using rapid sintering
CN114570931B (zh) * 2022-02-28 2024-03-29 扬州市职业大学(扬州开放大学) 一种毛细芯制作方法及环路热管蒸发器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5732323A (en) * 1994-09-21 1998-03-24 Aktiebolaget Electrolux Method for fabricating dimensionally accurate pieces by laser sintering
US5745834A (en) * 1995-09-19 1998-04-28 Rockwell International Corporation Free form fabrication of metallic components
US5872322A (en) * 1997-02-03 1999-02-16 Ford Global Technologies, Inc. Liquid phase sintered powder metal articles
US5997805A (en) * 1997-06-19 1999-12-07 Stackpole Limited High carbon, high density forming
JP2001152204A (ja) * 1999-11-25 2001-06-05 Matsushita Electric Works Ltd 三次元形状造形物製造用の粉末材料、三次元形状造形物の製造方法、および、三次元形状造形物
US6338747B1 (en) * 2000-08-09 2002-01-15 Keystone Investment Corporation Method for producing powder metal materials
WO2002011929A1 (de) * 2000-08-07 2002-02-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur herstellung präziser bauteile mittels lasersintern

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5154881A (en) 1992-02-14 1992-10-13 Hoeganaes Corporation Method of making a sintered metal component
US5368630A (en) * 1993-04-13 1994-11-29 Hoeganaes Corporation Metal powder compositions containing binding agents for elevated temperature compaction
US5641920A (en) * 1995-09-07 1997-06-24 Thermat Precision Technology, Inc. Powder and binder systems for use in powder molding
US5937265A (en) * 1997-04-24 1999-08-10 Motorola, Inc. Tooling die insert and rapid method for fabricating same
SE9803566D0 (sv) * 1998-10-16 1998-10-16 Hoeganaes Ab Iron powder compositions
US6068813A (en) * 1999-05-26 2000-05-30 Hoeganaes Corporation Method of making powder metallurgical compositions
FR2811922B1 (fr) * 2000-07-20 2003-01-10 Optoform Sarl Procedes De Prot Composition de pate chargee de poudre metallique, procede d'obtention de produits metalliques a partir de ladite composition, et produit metallique obtenu selon ledit procede
AU2002222885A1 (en) * 2000-11-27 2002-06-03 Kinergy Pte Ltd Method and apparatus for creating a three-dimensional metal part using high-temperature direct laser melting

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5732323A (en) * 1994-09-21 1998-03-24 Aktiebolaget Electrolux Method for fabricating dimensionally accurate pieces by laser sintering
US5745834A (en) * 1995-09-19 1998-04-28 Rockwell International Corporation Free form fabrication of metallic components
US5872322A (en) * 1997-02-03 1999-02-16 Ford Global Technologies, Inc. Liquid phase sintered powder metal articles
US5997805A (en) * 1997-06-19 1999-12-07 Stackpole Limited High carbon, high density forming
JP2001152204A (ja) * 1999-11-25 2001-06-05 Matsushita Electric Works Ltd 三次元形状造形物製造用の粉末材料、三次元形状造形物の製造方法、および、三次元形状造形物
WO2002011929A1 (de) * 2000-08-07 2002-02-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur herstellung präziser bauteile mittels lasersintern
US6338747B1 (en) * 2000-08-09 2002-01-15 Keystone Investment Corporation Method for producing powder metal materials

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015203873A1 (de) 2015-03-04 2016-09-08 Airbus Operation GmbH 3D-Druckverfahren und Pulvermischung zum 3D-Drucken
US10668531B2 (en) 2015-03-04 2020-06-02 Airbus Operations Gmbh 3D printing method and powder mixture for 3D printing

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040076794A (ko) 2004-09-03
DE102004008054B8 (de) 2007-02-08
US20040182201A1 (en) 2004-09-23
DE102004008054A1 (de) 2004-09-16
KR20060028453A (ko) 2006-03-29
CN1524649A (zh) 2004-09-01
KR100586360B1 (ko) 2006-06-07
US7258720B2 (en) 2007-08-21
DE102004008054B4 (de) 2006-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1309514C (zh) 用于选择性激光烧结的金属粉末组合物及其制备方法
Yang et al. Additive manufacturing of WC-Co hardmetals: a review
CN109317661B (zh) 一种TiN/Al基材料复合粉末及其激光3D打印成形方法
CN1319693C (zh) 放电加工电极及方法
CN101511509B (zh) 金属光造型用金属粉末及使用该金属粉末的金属光造型法
CN1283413C (zh) 制作三维物体的方法及装置
CN1185366C (zh) 放电表面处理用电极及制造方法、放电表面处理方法及设备
US8221850B2 (en) Manufacturing method of three-dimensionally shaped object
KR101729804B1 (ko) 절삭 공구
CN1434213A (zh) 粉末金属涡旋件
JP2013194263A (ja) 三次元形状造形物の製造方法
CN1258323A (zh) 表面耐磨损烧结机件及其制造方法
CN1259452C (zh) 激光涂敷复合陶瓷层制备刀具的方法及其装置
CN1160485C (zh) 制造切削刀具的方法和设备
CN110744058A (zh) 一种原位合成铜基复合材料的制备方法
CN1671887A (zh) 放电表面处理用电极、放电表面处理方法及放电表面处理装置
TWI239874B (en) Metal powder composition for use in selective laser sintering, method of making same, and three-dimensional object shaped from same
CN1907649A (zh) 可控成分结构具有三维排列磨粒的研磨和切割工具的制造方法
JP4640216B2 (ja) 金属光造形用金属粉末
JP4737007B2 (ja) 金属光造形用金属粉末
JP3687667B2 (ja) 金属光造形用金属粉末
CN1301170C (zh) 用于装甲车辆零件战场应急快速成型的自蔓延快速铸造法
CN112846231A (zh) 基于激光选区熔化制备m2高速钢的方法及其应用
CN85104670A (zh) 用于金属烧结体的材料板，制作该板的方法及制造金属烧结体的方法
CN111545759B (zh) 一种钻头胎体粉末、钻头胎体材料及其制备方法与应用、钻头胎体

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070411

Termination date: 20180224

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee