一種金屬3d打印方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于3D打印技術領域，具體涉及一種金屬3D打印方法。
【背景技術】
[0002]目前國內外金屬3D打印普遍采用大功率激光或者電子束將金屬粉末分層燒結成型，這種金屬3D打印技術有以下缺陷:1.制造的零件易變形，在熔化金屬粉末時，零件內易產生較大的應力，復雜結構需要添加支撐以抑制變形的產生;2.制造過程可控性差，局部熔化金屬粉末時，對粉末材料的含氧量、形貌以及粒徑分布等性能參數要求較高，零件性能的穩定性控制較為困難;3.設備操作危險性高，該成型過程必須要在惰性氣體保護下使用大功率激光或電子束進行燒結，故其危險性較高;4.成本昂貴，設備必須使用大功率激光或電子束進行金屬燒結，熱能轉換效率低、設備成本昂貴、維護困難。因此目前傳統金屬3D打印技術難以滿足人們對高質量金屬3D打印零件的需求，無法真正普遍運用于社會生產中。

【發明內容】

[0003]為了解決現有金屬3D打印制造成本高，危險性高，零件致密度低，表面粗糙度高等問題，本發明提供了一種金屬3D打印方法，以達到制造過程安全性高、金屬3D打印制造成本低、制造的零件更加致密，表面粗糙度更低的目的。
[0004]為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是:結合金屬粉末注射成型技術與微滴噴射自由成型技術，在金屬胚體成型過程中，通過微滴噴射黏結劑分層黏結金屬粉末，完成三維金屬粉末的黏結，形成金屬胚體;再將成型的金屬胚體從成型缸中取出，放入燒結爐，先通過熱脫脂過程去除胚體中的黏結劑，然后對已去除黏結劑的胚體進行高溫燒結，使金屬顆粒收縮形成致密的金屬零件。
[0005]本發明的步驟為:
[0006](I)制備黏結劑:制備黏結劑，用于金屬粉末的黏結;黏結劑的組分及重量配比為:60?65%聚苯乙烯、15?20%聚乙烯、10?15%硬脂酸、5?10%鄰苯二甲酸二乙酯或者55?65%聚甲基丙烯酸甲酯、15?25%乙烯-醋酸乙烯酯、15?20%硬脂酸或者35?45%乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、15?20%甲基丙烯酸甲酯共聚物、25?30%石蠟、5?15%鄰苯二甲基二丁酯；
[0007](2)數據建模:利用三維設計軟件設計零件模型，導出快速成型格式，導入分層切片軟件設置參數進行切片，得到切片數據；
[0008](3)制造金屬胚體:使用微滴噴射自由成型技術的成型技術，通過微滴噴頭噴射黏結劑將黏結劑與金屬粉末逐層黏結形成金屬胚體;制造金屬胚體過程為:將黏結劑加入微滴噴射供料系統，供粉缸裝入金屬粉末，鋪平壓實，然后將切片數據導入微滴噴射自由成型設備，微滴噴射供料系統供料給由計算機控制進行XY平面運動的微滴噴頭，微滴噴頭噴射出金屬粉末黏結劑，噴射在成型缸內的金屬粉末上，該層噴射黏結完成后，成型缸下降一個層厚，兩邊供粉缸上升一個層厚，推出若干粉末，并被鋪粉輥推到成型缸，鋪平并被壓實;如此周而復始地送粉、鋪粉和噴射黏結劑，最終完成一個三維金屬粉末的黏結，形成金屬胚體；
[0009](4)去除黏結劑:將金屬胚體從成型缸中取出，利用金屬粉末注射成型技術的熱脫脂工藝高溫燒結爐中于以I?3攝氏度每分鐘慢速升溫到150?350攝氏度，持續時間5?10小時，對金屬胚體中的黏結劑進行脫除;針對零件的不同要求以及金屬粉末的性質，該熱脫脂過程可在真空、空氣、氫氣、氮氫混合氣、氫氬混合氣、氮氫水混合氣等氣體中進行;在該熱脫脂過程中，金屬胚體被加熱至熱脫脂黏結劑揮發溫度，使熱脫脂黏結劑受熱分解發生物態變化，轉變為氣態，達到脫除目的；
[0010](5)燒結:使用金屬粉末注射成型技術的燒結工藝，在高溫燒結爐內在500?2000攝氏度對已脫除黏結劑的胚體進行持續2?10小時的高溫燒結；
[0011](6)冷卻金屬零件:停止加熱，將燒結完成的金屬零件在爐內冷卻；
[0012](7)取出金屬零件:將冷卻完成的金屬零件從高溫燒結爐中取出。
[0013]所述金屬粉末為鐵、鋁、銅、不銹鋼、硬質合金、鎢合金、鈦合金、低合金鋼、高溫合金等精細金屬粉末，金屬粉末顆粒度為0.5?20μπι。
[0014]作為本發明優選的實施方式，針對不同的金屬粉末，在步驟(5)中，鋁的燒結溫度在500?600攝氏度，不銹鋼的燒結溫度在1300?1400攝氏度，鐵的燒結溫度在1200?1300攝氏度，銅的燒結溫度在1400?1500攝氏度，鎢合金的燒結溫度在1400?1500攝氏度，燒結過程持續時間3?6小時。
[0015]作為本發明優選的實施方式，在步驟(6)中，將燒結完成的金屬零件在爐內自然冷卻至室溫；
[0016]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0017](I)材料廣泛，制造材料有鐵、鋁、銅、不銹鋼、硬質合金、鎢合金、鈦合金、低合金鋼、高溫合金等精細金屬粉末；
[0018](2)能夠制造出造型復雜傳統機械加工傳統粉末冶金難以制造的復雜零件；
[0019](3)零件精細;制造的零件能夠達到98 %的相對密度，所制造的金屬零件更致密更加精細；
[0020](4)操作安全;不使用激光和電子束等高危險燒結方式，在保證高精度的同時，又能保證操作人員安全，大大降低金屬3D打印的風險；
[0021](5)性能可控;先成型，后燒結，燒結過程高度可控，零件的各項性能可控性強，能夠制造出性能優異的零件。；
[0022](6)成本低廉;未使用昂貴的激光和電子束，燒結過程能源利用率高，成型設備價格低廉，燒結設備容易獲取，綜合成本低；
[0023](7)相對傳統設備必須要在惰性氣體保護下使用大功率激光或電子束進行燒結，本發明針對零件的不同要求以及金屬粉末的性質，其熱脫脂過程可在真空、空氣、氫氣、氮氫混合氣、氫氬混合氣、氮氫水混合氣等氣體中進行。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
[0026]實施例1
[0027]結合金屬粉末注射成型技術與微滴噴射自由成型技術，使用鐵粉末制作金屬齒輪，顆粒度為20μηι。
[0028](I)制備黏結劑:黏結劑的組分及重量配比60%聚苯乙烯、15%聚乙烯、15%硬脂酸、10%鄰苯二甲酸二乙酯；
[0029](2)數據建模:利用三維設計軟件設計齒輪模型，導出快速成型格式，導入分層切片軟件設置參數進行切片，得到切片數據；
[0030](3)制造金屬胚體:使用微滴噴射自由成型技術的成型技術，通過微滴噴頭噴射黏結劑將黏結劑與金屬粉末逐層黏結形成金屬胚體;制造金屬胚體過程為將黏結劑加入微滴噴射供料系統，供粉缸裝入金屬粉末，鋪平壓實，然后將切片數據導入微滴噴射自由成型設備，微滴噴射供料系統供料給由計算機控制進行XY平面運動的微滴噴頭，微滴噴頭噴射出金屬粉末黏結劑，噴射在成型缸內的金屬粉末上，該層噴射黏結完成后，成型缸下降一個層厚，兩邊供粉缸上升一個層厚，推出若干粉末，并被鋪粉輥推到成型缸，鋪平并被壓實。如此周而復始地送粉、鋪粉和噴射金屬粉末黏結劑，最終完成一個三維金屬粉末的黏結，形成金屬胚體；
[0031](4)熱脫脂去除黏結劑:將金屬胚體從成型缸中取出，利用金屬粉末注射成型技術的熱脫脂工藝在氮氫混合氣為氣氛的高溫燒結爐中以3攝氏度每分鐘慢速升溫到150攝氏度，持續時間5小時，完全脫除金屬胚體中的黏結劑。在該熱脫脂過程中，金屬胚體被加熱至熱脫脂黏結劑揮發溫度，使熱脫脂黏結劑受熱分解發生物態變化，轉變為氣態，達到脫除目的；
[0032](5)燒結:在高溫燒結爐內對已脫除黏結劑的胚體進行燒結，溫度為1200?1300攝氏度，持續時間2?3小時；
[0033](6)冷卻金屬零件:停止加熱，將燒結完成的金屬零件在爐內自然冷卻至室溫；
[0034](7)取出金屬零件:將冷卻完成的金屬零件從高溫燒結爐中取出。
[0035]實施例2
[0036]結合金屬粉末注射成型技術與微滴噴射自由成型技術，使用鋁粉末制作金屬凸輪，顆粒度為15μηι。
[0037](I)制備黏結劑:黏結劑的組分及重量配比65%聚苯乙烯、15%聚乙烯、10%硬脂酸、10%鄰苯二甲酸二乙酯；
[0038](2)數據建模:利用三維設計軟件設計凸輪模型，導出快速成型格式，導入分層切片軟件設置參數進行切片，得到切片數據；
[0039](3)微滴噴射自由成型制造金屬胚體；
[0040](4)熱脫脂去除黏結劑:將金屬胚體從成型缸中取出，利用金屬粉末注射成型技術的熱脫脂工藝在真空的高溫燒結爐中以2攝氏度每分鐘慢速升溫到300攝氏度，持續時間7小時，完全脫除金屬胚體中的黏結劑；
[0041](5)燒結:在高溫燒