本發(fā)明涉及3d打印技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于3d打印用粉末和一種使用該粉末的3d打印方法。

背景技術(shù)：

增材制造工藝(additivemanufacturing)是重要的3d打印技術(shù)之一，增材制造工藝能夠快速地將預(yù)先設(shè)計(jì)的cad模型制造出來，而且能夠在較短的時(shí)間內(nèi)制造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件。選擇性激光熔化(selectedlasermelting,slm)工藝是增材制造(additivemanufacturing)技術(shù)的一種，其通過激光燒結(jié)的方式可快速地將與cad模型相同的零部件制造出來。目前選擇性激光熔化工藝得到了廣泛的應(yīng)用。

然而，選擇性激光熔化工藝仍存在許多問題，例如，為了方便鋪粉，使用的粉末的粒徑較大，需要采用功率較大的激光束照射才能使粉末熔化，對(duì)選擇性激光熔化設(shè)備提出了較高的要求，且零部件容易變形，零部件表面品質(zhì)不佳。通常情況下，還需對(duì)選擇性激光熔化工藝制造出的零部件進(jìn)行打磨，當(dāng)零部件的內(nèi)部設(shè)有氣道時(shí)，也需對(duì)氣道的內(nèi)表面進(jìn)行打磨，然而，打磨零部件氣道的內(nèi)表面是非常困難的。另外，由于粉末的粒徑較大，當(dāng)粉末為陶瓷粉末時(shí)，所需的燒結(jié)溫度過高，很難通過現(xiàn)有的增材制造設(shè)備直接制造陶瓷基產(chǎn)品。

為解決這一技術(shù)問題，在現(xiàn)有技術(shù)中，通常減小選擇性激光熔化工藝使用的粉末的粒徑，然而，粒徑太小的粉末容易聚在一起或飛起，不容易鋪粉。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種3d打印用粉末和一種3d打印方法，所述3d打印用粉末可滿足鋪粉工藝的要求，且制出的零部件具有較佳的表面光潔度和機(jī)械性能，另外，由于小尺寸的粉料可以在較低溫度下融化，不僅可降低對(duì)設(shè)備激光光源功率的要求，還可通過現(xiàn)有增材制造工藝制造出陶瓷基產(chǎn)品。

本發(fā)明提供了一種3d打印用粉末，所述3d打印用粉末的粒徑的取值范圍為20微米至40微米，每一3d打印用粉末由復(fù)數(shù)粉末基體團(tuán)聚而成，所述粉末基體的粒徑的取值范圍為0.2微米至1微米。

在3d打印用粉末的一種示意性實(shí)施例中，所述3d打印用粉末為金屬粉末或陶瓷粉末。

在3d打印用粉末的一種示意性實(shí)施例中，所述3d打印用粉末為金屬粉末，且為鎳鉻鐵合金。

在3d打印用粉末的一種示意性實(shí)施例中，所述3d打印用粉末金屬粉末為含鈮、鉬的沉淀硬化型鎳鉻鐵合金。

在3d打印用粉末的一種示意性實(shí)施例中，所述3d打印用粉末陶瓷粉末為陶瓷粉末，其包括金屬氧化物、碳化物以及氮化物中的至少其中之一。

本發(fā)明還提供了一種3d打印方法，所述3d打印方法包括以下步驟：

提供一種3d打印用粉末及一種3d打印裝置，所述3d打印用粉末的粒徑的取值范圍為20微米至40微米，每一3d打印用粉末由復(fù)數(shù)粉末基體團(tuán)聚而成，所述粉末基體的粒徑的取值范圍為0.2微米至1微米；

將所述3d打印用粉末鋪設(shè)于所述3d打印裝置的一成型部上；

采用所述3d打印裝置發(fā)出的激光束對(duì)所述成型部上的所述3d打印用粉末進(jìn)行掃描照射；

所述3d打印用粉末分解為所述粉末基體，所述激光束繼續(xù)對(duì)所述粉末基體進(jìn)行照射直至使所述粉末基體燒結(jié)為預(yù)設(shè)的形狀。

在3d打印方法的一種示意性實(shí)施例中，所述3d打印裝置包括一激光器和一掃描鏡，所述激光器與所述掃描鏡連接，且可生成所述激光束，所述掃描鏡利用所述激光器提供所述激光束對(duì)所述3d打印用粉末進(jìn)行掃描照射。

在3d打印方法的一種示意性實(shí)施例中，所述3d打印裝置還包括一滾輪，通過所述滾輪的滾動(dòng)將所述3d打印用粉末鋪設(shè)于所述成型部上。

從上述方案中可以看出，在本發(fā)明的3d打印用粉末及3d打印方法中，3d打印用粉末的粒徑較大，流動(dòng)性能較好，可滿足選擇性激光熔化技術(shù)中鋪粉工藝的要求，鋪粉時(shí)，3d打印用粉末不容易聚在一起或飛起，鋪粉工藝完成后，激光束對(duì)3d打印用粉末進(jìn)行照射，3d打印用粉末又可分解為粒徑尺寸較小的粉末基體，從而使得由本發(fā)明的3d打印用粉末制造出的零部件具有較佳的表面光潔度和機(jī)械性能。另外，粒徑尺寸較小的陶瓷粉末也可以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有激光束下完成燒結(jié)過程，從而使得通過現(xiàn)有增材制造設(shè)備可制造出陶瓷零部件。

附圖說明

下面將通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更清楚本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中：

圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的3d打印用粉末的示意圖。

圖2為圖1所示的3d打印用粉末從成型到分解的示意圖。

圖3為對(duì)圖1所示的3d打印用粉末進(jìn)行加工的3d打印裝置的示意圖。

圖4為利用圖1所示的3d打印用粉末進(jìn)行3d打印的方法的流程圖。

在上述附圖中，所采用的附圖標(biāo)記如下：

103d打印用粉末

12粉末基體

3003d打印裝置

301待加工零部件

32材料供給單元

322供給活塞

323第一缸體

324滾輪

33成型單元

332成型活塞

333第二缸體

334成型部

34激光燒結(jié)單元

342激光器

343掃描鏡

s41、s42、s43、s44步驟

d13d打印用粉末10的粒徑

d2粉末基體12的粒徑

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的金屬或陶瓷粉末的示意圖。圖2為圖1所示的金屬或陶瓷粉末從成型到分解的示意圖。請(qǐng)參見圖1和圖2，本實(shí)施例的3d打印用粉末10的粒徑d1的取值范圍為10微米(μm)至60微米，優(yōu)選20-40微米。每一3d打印用粉末10由復(fù)數(shù)粉末基體12團(tuán)聚而成，粉末基體12的粒徑d2的取值范圍為0.05微米至5微米，優(yōu)選0.2微米至1微米。

3d打印用粉末10為金屬粉末或陶瓷粉末，金屬粉末例如為inconel718合金，inconel718合金是含鈮、鉬的沉淀硬化型鎳鉻鐵合金，其具有高強(qiáng)度、良好的韌性及耐高溫性能。陶瓷粉末為多種結(jié)構(gòu)和功能的陶瓷材料，其包括金屬氧化物、碳化物及氮化物中的至少其中之一，即陶瓷粉末包括金屬氧化物、碳化物及氮化物中的一種或多種。此外，3d打印用粉末10還可為其他的鎳鉻鐵合金或其他具有高強(qiáng)度及耐高溫性能的材料。

可采用以下方法制備3d打印用粉末10，但不以此為限。

首先，可通過機(jī)械研磨制造出粉末基體12，研磨時(shí)間取決于粉末基體12的粒徑、材料及研磨效率，粉末基體12可浸泡在液體中，所述液體例如為液態(tài)甲醇或液氮。液體中還添加有粘合劑，粘合劑為有機(jī)物，其可將復(fù)數(shù)粉末基體12粘接在一起；接著，通過噴霧干燥的方式完成造粒工藝以制成3d打印用粉末10的半成品。然后，對(duì)3d打印用粉末10的半成品進(jìn)行加熱和燒結(jié)去除3d打印用粉末10的半成品中的粘合劑，對(duì)于金屬粉末，該燒結(jié)過程需要采用氬氣和氫氣的混合氣體進(jìn)行防氧化保護(hù)。最后，再借助過篩，選取粒徑為10微米至60微米的3d打印用粉末10。

最終形成的3d打印用粉末10的粒徑的取值范圍為10-60微米，在較佳的實(shí)施例中，3d打印用粉末10的粒徑為20-40微米。由于3d打印用粉末10由粉末基體12團(tuán)聚而成，3d打印用粉末10在激光束的照射下，會(huì)分解為粒徑為0.2-1微米的粉末基體12，激光束再對(duì)粉末基體12進(jìn)行燒結(jié)，從而可以使零部件的表面具有較佳的粗糙度和精準(zhǔn)度。此外，收集打印后的粉料，經(jīng)過重新過篩，粒徑在10-60微米范圍的粉料將會(huì)再次使用；而因?yàn)槭軣岱纸獾男〕叽绶勰┬枰凑丈鲜隽鞒讨匦略炝！鸁Y(jié)→過篩，從而得到具有符合粒徑要求的粉體。

圖3為對(duì)圖1所示的3d打印用粉末進(jìn)行加工的3d打印裝置的示意圖。請(qǐng)參見圖3，3d打印裝置300包括材料供給單元32、成型單元33和激光燒結(jié)單元34，材料供給單元32為成型單元33提供3d打印用粉末10，激光燒結(jié)單元34用于燒結(jié)3d打印用粉末10，并使3d打印用粉末10在成型單元33上形成所需的零部件。

具體地，材料供給單元32包括供給活塞322、第一缸體323和滾輪324，供給活塞322配置于第一缸體323內(nèi)，可沿著第一缸體323上下移動(dòng)，3d打印用粉末10堆設(shè)于供給活塞322上。滾輪324可在3d打印用粉末10滾動(dòng)，以將3d打印用粉末10平鋪到成型單元33上。由于3d打印用粉末10的粒徑較大，為10微米至60微米，3d打印用粉末10可均勻地被鋪設(shè)于成型單元33上，而不容易聚在一起或飛起。

成型單元33包括成型活塞332、第二缸體333和成型部334，成型活塞332配置于第二缸體333內(nèi)，可沿著第二缸體333上下移動(dòng)；成型部334固定于成型活塞332上，可隨著成型活塞332一起上下移動(dòng)，成型部334用于承載待加工零部件301。

激光燒結(jié)單元34包括激光器342和掃描鏡343，激光器342與掃描鏡343連接，且可生成激光束，掃描鏡343用于利用激光器342提供的激光束將3d打印用粉末10燒結(jié)成預(yù)設(shè)的結(jié)構(gòu)。3d打印用粉末10在激光束的照射下，首先分解為復(fù)數(shù)粉末基體12，激光束對(duì)粉末基體12作進(jìn)一步加熱，即可將粉末基體12燒結(jié)為預(yù)設(shè)的結(jié)構(gòu)。

需要說明的是，3d打印裝置300還包括一控制器(圖未示)，所述控制器與材料供給單元32、成型單元33及激光燒結(jié)單元34電連接。控制器可根據(jù)零部件預(yù)設(shè)的形狀控制材料供給單元32、成型單元33和激光燒結(jié)單元34作動(dòng)，最終制成所需的零部件。

圖4為利用圖1所示的3d打印用粉末進(jìn)行3d打印的方法的流程圖。請(qǐng)參見圖4和圖3，本發(fā)明的3d打印方法包括以下步驟：

步驟s41，提供3d打印用粉末10及3d打印裝置300，3d打印用粉末10的粒徑d1的取值范圍為10微米至60微米，每一3d打印用粉末10由復(fù)數(shù)粉末基體12團(tuán)聚而成，粉末基體12的粒徑d2的取值范圍為0.2微米至1微米；

步驟s42，將3d打印用粉末10鋪設(shè)于3d打印裝置300的成型部334上；

步驟s43，采用3d打印裝置300發(fā)出的激光束對(duì)成型部334上的3d打印用粉末10進(jìn)行掃描照射；

步驟s44，3d打印用粉末10分解為粉末基體12，所述激光束繼續(xù)對(duì)粉末基體12進(jìn)行照射直至使粉末基體12燒結(jié)為預(yù)設(shè)的形狀。

具體地，3d打印技術(shù)例如為選擇性激光熔化技術(shù)。實(shí)際操作時(shí)，滾輪324先將一層3d打印用粉末10平鋪到成型單元33的成型部334上，激光燒結(jié)單元34操控激光束對(duì)3d打印用粉末10進(jìn)行掃描照射而使3d打印用粉末10的溫度升高，3d打印用粉末10先分解為粉末基體12，激光束再將粉末基體12加熱至熔化點(diǎn)，而將粉末基體12燒結(jié)形成待加工零部件301。

當(dāng)一層截面燒結(jié)完后成型活塞332將下移一個(gè)層厚，供給活塞322上移一個(gè)層厚，這時(shí)滾輪324又會(huì)均勻地在待加工零部件301的上面鋪上一層3d打印用粉末10并開始新一層截面的燒結(jié)，如此反復(fù)操作直至待加工零部件301完全成型。也就是說，執(zhí)行完步驟s44后，再次執(zhí)行步驟s42至步驟s44，如此循環(huán)，直到加工成型所需的零部件。

需要注意的是，由于3d打印時(shí)，加工成型的零部件是層疊而成，可經(jīng)過合適熱處理工藝消除層間結(jié)構(gòu)，提高材料的機(jī)械性能，特別是抗高溫蠕變性能。具體熱處理工藝需要根據(jù)所選擇的的打印材料并經(jīng)過相應(yīng)正交測(cè)試確定。本發(fā)明采用的熱處理工藝?yán)鐬椋?050～1080度下均勻化處理0.5～2小時(shí)，空冷到730～790度，保溫5～20小時(shí)，爐冷到630～680度保溫5～10h。

本發(fā)明的3d打印用粉末及3d打印方法至少具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

1.在本發(fā)明的3d打印用粉末及3d打印方法中，3d打印用粉末的粒徑較大，流動(dòng)性能較好，可滿足選擇性激光熔化技術(shù)中鋪粉工藝的要求，鋪粉時(shí)，3d打印用粉末不容易聚在一起或飛起，鋪粉工藝完成后，激光束對(duì)3d打印用粉末進(jìn)行照射，3d打印用粉末又可分解為粒徑尺寸較小的粉末基體，從而使得由本發(fā)明的3d打印用粉末制造出的零部件具有較佳的表面光潔度和機(jī)械性能。

3.在本發(fā)明的3d打印用粉末及3d打印方法的一個(gè)實(shí)施例中，在對(duì)3d打印用粉末進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，其可先分解為尺寸較小的粉末基體，粉末基體熔化燒結(jié)可填充在材料間的縫隙中，使得制成的零部件更加致密，具有較佳的力學(xué)性能。

4.在本發(fā)明的3d打印用粉末及3d打印方法的一個(gè)實(shí)施例中，由于粉末基體的粒徑較小，功率較小的激光束即可使粉末基體熔化，因而，對(duì)選擇性激光熔化設(shè)備的要求也較低，有利于降低成本。

5.在本發(fā)明的3d打印用粉末及3d打印方法的一個(gè)實(shí)施例中，由于功率較小的激光束即可使粉末基體熔化，較低的照射溫度可使粉末基體完全熔化，從而可降低零部件的變形量。

6.在本發(fā)明的3d打印用粉末及3d打印方法的一個(gè)實(shí)施例中，由于尺寸的減小可以實(shí)現(xiàn)粉末熔化或燒結(jié)溫度降低，從而使得通過現(xiàn)有增材制造設(shè)備制造陶瓷零部件成為可能，也就是說，借助本發(fā)明的3d打印用粉末，現(xiàn)有的增材制造設(shè)備可制造出陶瓷基產(chǎn)品。

7.在本發(fā)明的3d打印用粉末及3d打印方法的一個(gè)實(shí)施例中，采用3d打印技術(shù)對(duì)本發(fā)明的3d打印用粉末進(jìn)行加工，可一次性加工出復(fù)雜的零部件，而不需要先將零部件的各組成部分加工出來，然后再將各組成部分焊接在一起，可有效縮短加工時(shí)間。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。