[發(fā)明專利]一種低功率激光燒結法金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法

無效

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• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN103769586A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設計）人: 王利民
• 申請（專利權）人: 王利民
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B28B1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種采用金屬粉末添加熱塑性有機粘接劑,通過低功率選著性激光燒結或電子束燒結法3D打印機打印含粘接劑的金屬產(chǎn)品生坯，再通過脫除生坯粘結劑、高溫燒結合金化致密化生產(chǎn)金屬零部件產(chǎn)品的方法和設備。

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背景技術

3D打印生產(chǎn)技術屬于近凈成型增材制造技術的一種，其原理為由軟件把計算機設計的三維零部件實體圖分解成若干層平面切片，通過3D打印機打印輸出，生產(chǎn)不同材質(zhì)的所需零部件產(chǎn)品；因其柔性化、定制化、快速近凈成型生產(chǎn)結構復雜的不同材質(zhì)零部件的俱多優(yōu)點，成為一種極具發(fā)展前景的增材制造技術，特別在設計制造一體化整體成型、直接生產(chǎn)高性能復雜金屬零部件整體模塊方面擁有特殊優(yōu)勢。

目前類似3D打印近凈成型增材制造制造技術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、選擇性激光燒結法、選擇性電子束燒結法、低溫熔融層積法等。

3D打印選擇性激光/電子束燒結法工藝是利用粉末材料，主要有熱塑性高分子材料粉末、金屬粉末、陶瓷粉末等，在計算機控制下激光/電子束對粉末分層進行選擇性界面照射燒結，并層層堆積成型，是增材制造近凈成型的主要方法之一，可以生產(chǎn)多種材質(zhì)任意三維形狀的零部件。

由于金屬熔化或燒結溫度高，用激光成型法和電子束燒結法所使用的激光發(fā)生器功率或電子束發(fā)生電源功率很大，選擇性激光燒結法的激光發(fā)生器功率一般在200W以上，高功率激光器生產(chǎn)技術難度大，成本昂貴，大規(guī)模商用投資大，設備維護復雜，門檻高。而利用部分成熟技術開發(fā)一種低成本方式的3D打印生產(chǎn)金屬零部件設備和工藝已成為現(xiàn)實需求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決目前3D打印技術成本昂貴，設備維護復雜的缺點，本發(fā)明開發(fā)出一種低功率激光燒結法金屬3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)方法。

本發(fā)明采用金屬粉末材料加熱塑性成型粘接劑的方法，制備出低融點的3D金屬打印原材料混合料，由于金屬粉末顆粒表面形成薄層熱塑性粘結劑，通過低功率（小于50W）選擇性激光燒結或電子束燒結法3D打印機，金屬粉末表層的薄層熱塑性粘結劑經(jīng)過低溫融化—冷卻粘結固化過程，并層層堆積成型，就可以使用制備的此類金屬粉末原材料，打印出金屬零部件產(chǎn)品生坯，生坯零部件通過熱脫脂法或化學催化脫脂法等工藝脫除生坯零部件中的成型粘接劑，再用真空燒結或氣氛保護燒結方法進行脫除成型粘結劑后的生坯高溫燒結，生產(chǎn)出合金化致密的高性能復雜金屬零部件產(chǎn)品。

本發(fā)明的生產(chǎn)工藝過程：

金屬粉末材料+熱塑性成型粘結劑——混練成型金屬粉末混合料——破碎——低功率選擇性激光燒結或電子束燒結法3D打印機打印生產(chǎn)零部件生坯——生坯脫除粘結劑——高溫燒結——金屬零部件產(chǎn)品

熱塑性成型粘結劑功能：增加3D打印所需金屬粉末原材料的低溫熱塑性和維持成型形狀。

以上發(fā)明的技術方法不但用于金屬的3D打印生產(chǎn)，各種陶瓷材料的3D打印也適用于本發(fā)明技術所使用的低功率激光燒結法3D打印產(chǎn)品生產(chǎn)。

具體實施方式

???下面結合具體的實施例來描述這一發(fā)明。

????用3D打印鈦合金Ti-6Al-4V（TC4）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=25μm的鈦合金Ti-6Al-4V（TC4）牌號球形金屬粉末

（2）熱塑性成型粘結劑成分：50%石蠟+50%聚乙烯

（3）混煉：60%金屬粉末含量+40%成型粘結劑體積含量，用5公斤螺桿混煉機，在溫度120℃以下混煉20KG混合料20小時。

二．破碎

????混練的金屬粉末混合成團，采用氣流粉碎機破碎成微細顆粒，一般控制粒度50um以下。

三．3D打印成型金屬零部件生坯

（1）選用已商業(yè)化激光器40W低功率的選擇性激光燒結3D打印機，激光燒結溫度控制在200℃以下，打印室溫度控制在80℃以內(nèi)，具有熱塑性特性的金屬粉末混合料在激光光斑的照射下產(chǎn)生粉末表面粘結劑融化—冷卻凝固過程，并層層堆積成型。

（2）利用專業(yè)3D打印軟件在計算機中設計好要打印的三維金屬零部件產(chǎn)品模型，設置打印參數(shù)，3D打印機打印成型零部件生坯。

四．零部件生坯成型粘結劑脫除

???在專用熱脫脂爐中，金屬零部件生坯中的粘結劑被加熱脫除，此過程中設定加熱工藝曲線，控制升溫速率，保證粘結劑脫除干凈，零部件生坯不變形。

五．脫除零部件生坯成型粘結劑后真空燒結

????脫除粘結劑的鈦合金部件生坯放入真空燒結爐，根據(jù)此鈦合金Ti-6Al-4V（TC4）材質(zhì)，液相燒結溫度設定為1250℃，制定燒結溫度曲線，對零部件生坯進行高溫燒結，生坯產(chǎn)品燒結收縮致密化合金化，生產(chǎn)出有一定機械性能的鈦合金Ti-6Al-4V（TC4）金屬零部件產(chǎn)品。