一種金屬3d打印法產(chǎn)品生產(chǎn)方法及設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法及設(shè)備，采用金屬粉末材料加成型粘接劑的方法，制備出低融化點(diǎn)的熱塑性3D金屬打印原材料混合料，通過稍許改造商用熱融堆積成型法（FDM型法）的3D打印機(jī)(見附圖)，就可以使用制備的此類金屬打印原材料混合料，打印出金屬零部件產(chǎn)品生坯，通過熱脫脂法或化學(xué)催化脫脂法等工藝脫除生坯零部件中的成型粘接劑，再用真空燒結(jié)或氣氛保護(hù)燒結(jié)方法進(jìn)行脫除成型粘結(jié)劑后的生坯高溫?zé)Y(jié)，生產(chǎn)出合金化致密的高性能的復(fù)雜金屬零部件產(chǎn)品。本發(fā)明的有益效果是：開發(fā)了一種低成本方式的3D打印法生產(chǎn)金屬或其它材質(zhì)的零部件的設(shè)備和工藝。
【專利說明】一種金屬3D打印法產(chǎn)品生產(chǎn)方法及設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用金屬粉末添加有機(jī)粘接劑，通過熱融堆積成型法(FDM法)3D打印產(chǎn)品生坯，再通過脫除粘結(jié)劑，高溫?zé)Y(jié)合金化致密化生產(chǎn)金屬零部件產(chǎn)品的方法和設(shè)備。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]3D打印生產(chǎn)技術(shù)屬于近凈成型增材制造技術(shù)的一種，其原理為由軟件把計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的三維零部件實(shí)體圖分解成若干層平面切片，通過3D打印機(jī)打印輸出，生產(chǎn)不同材質(zhì)的所需零部件；因其柔性化、客制化、快速近凈成型生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的不同材質(zhì)零部件的俱多優(yōu)點(diǎn)，成為一種極具發(fā)展前景的增材制造技術(shù)，特別在設(shè)計(jì)制造一體化整體成型、直接生產(chǎn)高性能復(fù)雜金屬零部件整體模塊方面擁有特殊優(yōu)勢(shì)。
[0004]目前類似3D打印近凈成型增材制造制造技術(shù)在全世界得以飛速發(fā)展，已初步商用化的生產(chǎn)方法主要有激光立體成型法、選擇性激光燒結(jié)法、選擇性電子束燒結(jié)法、低溫?zé)崛诙逊e成型法等。
[0005]3D打印熱融堆積成型法工藝技術(shù)是采用低溫?zé)崛诖蛴婎^，將熔融流動(dòng)態(tài)的熱塑性高分子材料按計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的三維產(chǎn)品模型分層數(shù)據(jù)控制的打印路徑擠壓沉積在特定位置，熱塑性材料冷卻固化，逐層堆積成型產(chǎn)品。
[0006]通常的低溫?zé)崛诙逊e成型法3D打印增材成型只能使用PLA或ABS等熱塑性高分子材料生產(chǎn)各種模型產(chǎn)品，而金屬采用激光高溫熔融層積法或選擇性激光高溫?zé)Y(jié)法實(shí)現(xiàn)3D打印成型。由于金屬熔化或燒結(jié)溫度高，用激光成型法所使用的激光發(fā)生器功率大，一般在200W以上，高功率激光器生產(chǎn)技術(shù)難度大，成本昂貴，大規(guī)模商用投資大，門檻高。而利用部分成熟技術(shù)開發(fā)一種低成本方式的3D打印生產(chǎn)金屬零部件設(shè)備和工藝已成為現(xiàn)實(shí)需求。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明開發(fā)出一種采用金屬粉末材料加成型粘接劑的方法，制備出低融化點(diǎn)的熱塑性3D金屬打印原材料混合料，通過稍許改造商用熱融堆積成型法(FDM型法)3D打印機(jī)，就可以使用制備的此類金屬打印原材料混合料，打印出金屬零部件產(chǎn)品生坯，通過熱脫脂法或化學(xué)催化脫脂法等工藝脫除生坯零部件中的成型粘接劑，再用真空燒結(jié)或氣氛保護(hù)燒結(jié)方法進(jìn)行脫除成型粘結(jié)劑后的生坯高溫?zé)Y(jié)，生產(chǎn)出合金化致密的高性能的復(fù)雜金屬零部件產(chǎn)品。
[0009]本發(fā)明的生產(chǎn)工藝過程為:
金屬粉末材料+熱塑性成型粘結(jié)劑——混練成型金屬粉末混合料——(FDM型法)3D打印機(jī)打印零部件生坯——生坯脫除粘結(jié)劑——高溫?zé)Y(jié)——金屬零部件產(chǎn)品。[0010]成型粘結(jié)劑功能:增加3D打印所需金屬粉末原材料的熱塑性和維持成型形狀。
[0011]各種陶瓷材料的3D打印也適合此類工藝方法。
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]1.成型混合料機(jī)械壓力擠出裝置；2.伺服電機(jī)；3.成型金屬粉末混合料輸送管道；4.打印頭；5.堆積成型平臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明具體實(shí)施方案，用3D打印不銹鋼316L材質(zhì)金屬零部件產(chǎn)品為例說明如下:
一.熱塑性成型金屬粉末混合料制備
(1)選擇平均粒徑D50=25μ m的不銹鋼316L牌號(hào)球形金屬粉末
(2)熱塑性成型粘結(jié)劑成分:50%石蠟+50%聚乙烯
(3)混煉:60%金屬粉末含量+40%成型粘結(jié)劑體積含量，用5公斤螺桿混煉機(jī)，在溫度1200C以下混煉20KG混合料20小時(shí)。
[0015]二.3D打印成型金屬零部件生坯
(O利用專業(yè)3D打印軟件在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)好要打印的三維金屬零部件產(chǎn)品模型，設(shè)置打印參數(shù)，低溫?zé)崛诙逊e成型法(FDM型法)3D打印機(jī)打印頭溫度控制在160°C -180°C,打印工作臺(tái)溫度控制在80°C以下。
[0016](2)改造后的低溫?zé)崛诙逊e成型法(FDM型法)3D打印機(jī)給料方式，由熱塑性高分子盤卷線材通過步進(jìn)電機(jī)給料改變?yōu)槌尚突旌狭蠙C(jī)械壓力擠出裝置1，通過輸送管道3混合料被供應(yīng)打印頭4。
[0017](3)成型混合料在打印頭加熱到160°C以上時(shí)由于熱塑性變?yōu)槿廴诹鲃?dòng)態(tài)，被擠壓出打印頭后冷卻堆積成型零部件生坯。
[0018]三.零部件生坯中成型粘結(jié)劑脫除
在專用熱脫脂爐中，金屬 零部件生坯中的粘結(jié)劑被加熱脫除，此過程中設(shè)定加熱工藝曲線，控制升溫速率，保證粘結(jié)劑脫除干凈，零部件生坯不變形。
[0019]四.脫除零部件生坯成型粘結(jié)劑后真空燒結(jié)
脫除粘結(jié)劑的不銹鋼零部件生坯放入真空燒結(jié)爐，根據(jù)此316L材質(zhì)，液相燒結(jié)溫度設(shè)定為1350°C，制定燒結(jié)溫度曲線，對(duì)零部件生坯進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，生坯產(chǎn)品燒結(jié)收縮致密化合金化，生產(chǎn)出有一定機(jī)械性能的316L不銹鋼零部件產(chǎn)品。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬3D打印法產(chǎn)品生產(chǎn)方法及設(shè)備，其特征在于采用金屬粉末材料加成型粘接劑的方法，制備出低融化點(diǎn)的熱塑性3D金屬打印原材料混合料，通過稍許改造商用低溫?zé)崛诙逊e成型法(FDM型法)的3D打印機(jī)，就可以使用制備的此類金屬打印原材料，打印出金屬零部件產(chǎn)品生坯，通過熱脫脂法或化學(xué)催化脫脂法等工藝脫除生坯零部件中的成型粘接劑，再用真空燒結(jié)或氣氛保護(hù)燒結(jié)方法進(jìn)行脫除成型粘結(jié)劑后的生坯高溫?zé)Y(jié)，生產(chǎn)出合金化致密的高性能的復(fù)雜金屬零部件產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印法產(chǎn)品生產(chǎn)方法及設(shè)備，其特征為:打印材料為熱塑性成型金屬粉末混合料，其成分為金屬粉末添加熱塑性成型粘結(jié)劑。
3.如權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法及設(shè)備，其特征為:打印用成型混合料在打印頭加熱時(shí)由于熱塑性變?yōu)槿廴诹鲃?dòng)態(tài)，通過成型混合料機(jī)械壓力擠出輸送，被擠壓出打印頭后冷卻堆積成型零部件生坯。
4.如權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法及設(shè)備，其特征為:在專用脫脂設(shè)備中，金屬零部件生坯中的粘結(jié)劑被脫除，此過程中保證粘結(jié)劑脫除干凈，零部件生坯不變形。
5.如權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法及設(shè)備，其特征為:脫除粘結(jié)劑的零部件生坯放入真空燒結(jié)爐，制定燒結(jié)溫度曲線，對(duì)零部件生坯進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，生坯產(chǎn)品燒結(jié)收縮致密化合金化，生產(chǎn)出有一定機(jī)械性能的零部件產(chǎn)品。
6.如權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印法產(chǎn)品生產(chǎn)方法及設(shè)備，其特征為:生產(chǎn)工藝過程為: 金屬粉末材料+熱塑性成型粘結(jié)劑——混練成型金屬粉末混合料——(FDM型法)3D打印機(jī)打印零部件生坯——生坯脫除粘結(jié)劑——高溫?zé)Y(jié)——金屬零部件產(chǎn)品。
7.如權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法及設(shè)備，其特征為:除各種金屬材料外，各種陶瓷材料的3D打印生產(chǎn)也適合此類工藝方法。
8.如權(quán)利要求1所述的一種金屬3D打印法產(chǎn)品生產(chǎn)方法及設(shè)備，其特征為:本技術(shù)方法中所使用熱塑性成型有機(jī)粘結(jié)劑是為了增加3D打印所需金屬粉末原材料的低溫?zé)崴苄院途S持成型形狀，粘結(jié)劑的選擇呈多樣性，只要使用目的和方法符合本發(fā)明技術(shù)的原則范疇，都屬于本發(fā)明技術(shù)的權(quán)利要求范圍。
【文檔編號(hào)】B22F3/105GK103769587SQ201310611874
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】王利民 申請(qǐng)人:王利民