一種3d打印粉料及3d打印方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種3D打印粉料及3D打印方法。所述3D打印粉料包括不銹鋼粉末和分散于所述不銹鋼粉末中的氫氧化鐵粉末。一種3D打印方法，包括如下步驟：a.以所述的3D打印粉料作為成型粉料，通過(guò)微滴噴射粘結(jié)的方法，逐層噴射粘結(jié)劑微液滴使3D打印粉料逐層成型并疊加，從而形成3D打印坯體；b.將所述3D打印坯體在還原氣氛下進(jìn)行脫脂燒結(jié)，從而獲得3D打印制品。本發(fā)明可以在保證3D打印制品密實(shí)度的前提下顯著降低產(chǎn)品制作成本。
【專利說(shuō)明】
一種3D打印粉料及3D打印方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種3D打印粉料及3D打印方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印是一種通過(guò)逐層添加材料獲得三維制件的增材制造技術(shù)。通常所見(jiàn)的3D打印的材料有絲狀、粉末狀的金屬、塑料、陶瓷等等。雖然3D打印技術(shù)在最近幾年獲得了飛速發(fā)展，但材料方面的研發(fā)相對(duì)緩慢，限制了 3D打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用。在金屬3D打印方面，常見(jiàn)的3D打印工藝有激光選擇性熔融(SLM)、微滴噴射粘結(jié)(3DP)等。這些方法都使用金屬粉末作為成型材料，并且對(duì)粉末的性能要求較高，如高的密度、高的球形度、均勻的成分、窄的尺寸分布等，這就對(duì)粉末的制造提出了更高的要求。目前針對(duì)金屬粉末已經(jīng)有多種方法進(jìn)行摻雜或表面改性以提高其3D打印的適用性。往不銹鋼粉末中添加適量的納米鐵粉、鎳粉可以提高粉末的振實(shí)密度，有助于獲得擁有相對(duì)較高密度的3D打印制品。但是金屬納米粉體價(jià)格昂貴，會(huì)導(dǎo)致復(fù)合粉料價(jià)格過(guò)高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種3D打印粉料及3D打印方法，既能大大降低3D打印制品的成本，又能保證3D打印制品具有較高密度和強(qiáng)度。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種3D打印粉料，包括不銹鋼粉末，還包括分散于所述不銹鋼粉末中的氫氧化鐵粉末。
[0005]進(jìn)一步地:
所述氫氧化鐵粉末是水溶性鐵鹽與水溶性堿類物質(zhì)在水中反應(yīng)，形成氫氧化鐵沉淀物，再通過(guò)清洗過(guò)濾而得到的氫氧化鐵納米粒子。
[0006]所述氫氧化鐵粉末與不銹鋼粉末的質(zhì)量比在1:150到1:400之間。
[0007]所述不銹鋼粉末的顆粒直徑在10-100微米之間。
[0008]一種3D打印方法，包括如下步驟:
a.以所述的3D打印粉料作為成型粉料，通過(guò)微滴噴射粘結(jié)的方法，逐層噴射粘結(jié)劑微液滴使3D打印粉料逐層成型并疊加，從而形成3D打印坯體；
b.將所述3D打印坯體在還原氣氛下進(jìn)行脫脂燒結(jié)，從而獲得3D打印制品。
[0009]進(jìn)一步地:
所述粘結(jié)劑微液滴包括水溶性高分子材料和水。
[0010]所述水溶性高分子材料包括聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇。
[0011 ]在進(jìn)行所述3D打印坯體的脫脂燒結(jié)時(shí)，通入氫氣或一氧化碳作為還原劑。
[0012]燒結(jié)采用逐步升溫的方式進(jìn)行燒結(jié)，最高溫度在900°C_1350°C之間。
[0013]本發(fā)明提供了一種3D打印粉料及采用該3D打印粉料的簡(jiǎn)單廉價(jià)的3D打印方法。
[0014]具體實(shí)施方法
以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0015]在一種實(shí)施例中，一種3D打印粉料，包括不銹鋼粉末以及添加并分散于所述不銹鋼粉末中的氫氧化鐵粉末。
[0016]所述氫氧化鐵粉末可以是由水溶性鐵鹽與水溶性堿類物質(zhì)在水中反應(yīng)，形成氫氧化鐵沉淀物，再通過(guò)清洗過(guò)濾而得到的氫氧化鐵納米粒子。
[0017]優(yōu)選地，所述氫氧化鐵粉末與不銹鋼粉末的質(zhì)量比在1:150到1:400之間。
[0018]優(yōu)選地，所述不銹鋼粉末的顆粒直徑在10-100微米之間。所述不銹鋼粉末的外形優(yōu)選為球形。
[0019]在一種實(shí)施例中，一種3D打印方法，包括如下步驟:
a.以所述的3D打印粉料作為成型粉料，通過(guò)微滴噴射粘結(jié)的方法，逐層噴射粘結(jié)劑微液滴使3D打印粉料逐層成型并疊加，從而形成3D打印坯體；
b.將所述3D打印坯體在還原氣氛下進(jìn)行脫脂燒結(jié)，從而獲得3D打印制品。
[0020]優(yōu)選地，脫脂燒結(jié)過(guò)程采用逐步升溫的方式進(jìn)行燒結(jié)，且最高溫度設(shè)定在900°C-1350°C之間，效果尤其佳，能使制品達(dá)到很好的密實(shí)度。
[0021]為實(shí)施本發(fā)明，具體可以采用以下幾個(gè)工藝步驟:
1.利用化學(xué)沉淀法，即采用水溶性鐵鹽與水溶性堿類物質(zhì)在水中反應(yīng)，生成氫氧化鐵納米粒子在鹽水溶液中的沉淀。然后將鹽水溶液過(guò)濾掉，用純水將沉淀清洗并過(guò)濾數(shù)次，得到含有少量水分的氫氧化鐵納米粒子沉淀物。
[0022]2.將含有少量水分的氫氧化鐵納米粒子沉淀物加入到一定量的不銹鋼粉末中，用過(guò)研磨攪拌使之混合均勻。然后將上述粉料烘干，使水分蒸發(fā)完全，再次進(jìn)行高速研磨攪拌，使氫氧化鐵納米粒子均勻分散于不銹鋼粉末中，得到復(fù)合成型粉料。其中加入到不銹鋼粉末中的氫氧化鐵的質(zhì)量與不銹鋼粉末的質(zhì)量比在1:150到1:400之間。不銹鋼粉末的直徑在10-100微米之間。優(yōu)選采用球形的不銹鋼粉末。
[0023]3.將上述復(fù)合成型粉料采用微滴噴射粘結(jié)劑的方式進(jìn)行3D打印，即通過(guò)噴射粘結(jié)劑微液滴，將需要成型的粉末粘接起來(lái)，然后逐層疊加獲得三維的粘結(jié)坯體。其中粘結(jié)劑的主要成分是高分子和水。
[0024]4.將上述粘結(jié)坯體在還原氣氛的存在下進(jìn)行脫脂燒結(jié)，獲得三維的制件。其中還原氣氛指的是一氧化碳或氫氣。在脫脂燒結(jié)過(guò)程中復(fù)合粉料會(huì)發(fā)生以下變化:粉料中的氫氧化鐵納米粒子首先在高溫下分解成氧化鐵和水，水分蒸發(fā)，氧化鐵在高溫和還原劑作用下被還原成鐵納米粒子，填充在不銹鋼粉末的間隙中，并通過(guò)高溫?zé)Y(jié)與不銹鋼粉末形成一體，從而獲得高密度和高強(qiáng)度的燒結(jié)制品。
[0025]實(shí)例1:
采用化學(xué)沉淀法制備氫氧化鐵納米沉淀物。首先各自制備氯化鐵和氫氧化鈉的水溶液。將氫氧化鈉水溶液滴入氯化鐵的水溶液中，并施加攪拌，生成氫氧化鐵在氯化鈉水溶液中的納米沉淀物。反應(yīng)如下:
FeCl3+3Na0H^Fe (0H)3|+3NaCl
其中參加反應(yīng)的氯化鐵和氫氧化鈉的質(zhì)量比設(shè)定為I.35:1。反應(yīng)完成后，將溶液過(guò)濾，并用純水清洗過(guò)濾3次，得到含有少量水分的氫氧化鐵納米沉淀物。將上述沉淀物加入到型號(hào)為316L的不銹鋼成型粉末(D50 = 35微米)中。通過(guò)研磨和攪拌使沉淀物均勻分散于不銹鋼成型粉末中。然后用烘箱將上述粉末烘干，除去殘留的水分，再次進(jìn)行研磨和攪拌，使氫氧化鐵納米粒子均勻分散于不銹鋼粉末中，獲得復(fù)合成型粉料。氫氧化鐵沉淀物與不銹鋼成型粉末的質(zhì)量比設(shè)定為I: 260。
[0026]將復(fù)合成型粉料用微滴噴射的方法粘結(jié)，逐層疊加，從而3D打印成為三維的坯體。從噴頭噴射高分子粘結(jié)劑溶液，噴射的液滴一般是微米級(jí)的，故稱為微滴。具體地，噴頭的移動(dòng)、噴射路徑可由計(jì)算機(jī)控制，噴射的粘結(jié)劑液滴將噴頭下方指定位置的成型粉末粘接住。粘接完一層后，停止噴射?？捎奢?zhàn)釉黉佉粚有路郏瑢⒌讓右呀?jīng)粘接住的粉末覆蓋住。噴頭再次進(jìn)行噴射，將鋪好的新一層粉末上的指定位置再次粘接住，然后再鋪一層新粉。以此方式逐層粘接疊加，最終獲得三維的粘接坯體。
[0027]本例中，粘結(jié)劑的主要成分是聚乙烯吡咯烷酮和水。坯體打印完成后再進(jìn)行脫脂燒結(jié)，以獲得高密度和高強(qiáng)度的三維制件。在逐漸升溫過(guò)程中復(fù)合粉料中的氫氧化鐵將分解為氧化鐵。在燒結(jié)溫度達(dá)到700°C以上時(shí)通入氫氣，復(fù)合粉料中的氧化鐵納米粒子將被還原成為鐵納米粒子，填充于不銹鋼粉末的空隙中。逐步升溫至1050°C，在這個(gè)過(guò)程中鐵納米粒子與不銹鋼粉末燒結(jié)在一起，獲得高密度的燒結(jié)制品。
[0028]實(shí)例2:
以硝酸鐵和氨水作為反應(yīng)物，采用化學(xué)沉淀法制備氫氧化鐵納米沉淀物。首先制備硝酸鐵的水溶液。將氨水滴入硝酸鐵的水溶液中，并施加攪拌，生成氫氧化鐵在硝酸銨水溶液中的納米沉淀物。反應(yīng)如下:
Fe(N03)3+3NH3.H2O^Fe(0H)3|+3ΝΗ4Ν03
其中參加反應(yīng)的硝酸鐵和氨水的質(zhì)量比設(shè)定為2.3:1。反應(yīng)完成后，將溶液過(guò)濾，并用純水清洗過(guò)濾3次，得到含有少量水分的氫氧化鐵納米沉淀物。將上述沉淀物稱量質(zhì)量，并加入到型號(hào)為316L的不銹鋼成型粉末(D50 = 35微米)中。通過(guò)研磨和攪拌將帶有少量水分的沉淀物均勻分散于不銹鋼成型粉末中。然后用烘箱將上述粉末烘干，除去殘留的水分，再次進(jìn)行研磨和攪拌，使氫氧化鐵納米粒子均勻分散于不銹鋼粉末中，獲得復(fù)合成型粉料。氫氧化鐵沉淀物與不銹鋼成型粉末的質(zhì)量比設(shè)定為I: 260。
[0029]將復(fù)合成型粉料用微滴噴射的方法粘結(jié)，逐層疊加而形成三維的坯體。從噴頭噴射高分子粘結(jié)劑溶液，噴射的液滴一般是微米級(jí)的，故稱為微滴。具體地，噴頭的移動(dòng)、噴射路徑可由計(jì)算機(jī)控制，噴射的粘結(jié)劑液滴將噴頭下方指定位置的成型粉末粘接住。粘接完一層后，停止噴射?？捎奢?zhàn)釉黉佉粚有路?，將底層已?jīng)粘接住的粉末覆蓋住。噴頭再次進(jìn)行噴射，將鋪好的新一層粉末上的指定位置再次粘接住，然后再鋪一層新粉。以此方式逐層粘接疊加，最終獲得三維的粘接坯體。
[0030]本例中，粘結(jié)劑的主要成分是聚乙烯醇和水。坯體打印完成后再進(jìn)行脫脂燒結(jié)，以提高三維制件的密度和強(qiáng)度。在逐漸升溫過(guò)程中復(fù)合粉料中的氫氧化鐵將分解為氧化鐵。在燒結(jié)溫度達(dá)到700°C以上時(shí)通入一氧化碳?xì)怏w，復(fù)合粉料中的氧化鐵納米粒子將被還原成為鐵納米粒子，填充于不銹鋼粉末的空隙中，起到提高制件密度的作用。將溫度逐漸升至1100°C，在此過(guò)程中納米鐵粒子與不銹鋼粉末燒結(jié)成為一體，獲得高密度的燒結(jié)制品。
[0031]以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其還可以對(duì)這些已描述的實(shí)施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種3D打印粉料，包括不銹鋼粉末，其特征在于，還包括分散于所述不銹鋼粉末中的氫氧化鐵粉末。2.如權(quán)利要求1所述的3D打印粉料，其特征在于，所述氫氧化鐵粉末是水溶性鐵鹽與水溶性堿類物質(zhì)在水中反應(yīng)，形成氫氧化鐵沉淀物，再通過(guò)清洗過(guò)濾而得到的氫氧化鐵納米粒子。3.如權(quán)利要求1或2所述的3D打印粉料，其特征在于，所述氫氧化鐵粉末與不銹鋼粉末的質(zhì)量比在I: 150到1:400之間。4.如權(quán)利要求1或2或3所述的3D打印粉料，其特征在于，所述不銹鋼粉末的顆粒直徑在10-100微米之間。5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的3D打印粉料，其特征在于，所述不銹鋼粉末的外形為球形。6.一種3D打印方法，其特征在于，包括如下步驟: a.以權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的3D打印粉料作為成型粉料，通過(guò)微滴噴射粘結(jié)的方法，逐層噴射粘結(jié)劑微液滴使3D打印粉料逐層成型并疊加，從而形成3D打印坯體； b.將所述3D打印坯體在還原氣氛下進(jìn)行脫脂燒結(jié)，從而獲得3D打印制品。7.如權(quán)利要求6所述的3D打印方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑微液滴包括水溶性高分 子材料和水。8.如權(quán)利要求7所述的3D打印方法，其特征在于，所述水溶性高分子材料包括聚乙烯 吡咯烷酮或聚乙烯醇。9.如權(quán)利要求6至8任一項(xiàng)所述的3D打印方法，其特征在于，在進(jìn)行所述3D打印坯體的脫脂燒結(jié)時(shí)，通入氫氣或一氧化碳作為還原劑。10.如權(quán)利要求6至9任一項(xiàng)所述的3D打印方法，其特征在于，所述脫脂燒結(jié)采用逐步升溫的方式進(jìn)行燒結(jié)，最高溫度在900 °C -1350 °C之間。
【文檔編號(hào)】B22F3/00GK106077605SQ201610391691
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日 公開(kāi)號(hào)201610391691.1, CN 106077605 A, CN 106077605A, CN 201610391691, CN-A-106077605, CN106077605 A, CN106077605A, CN201610391691, CN201610391691.1
【發(fā)明人】曾偉宏
【申請(qǐng)人】蕪湖啟澤信息技術(shù)有限公司