[發(fā)明專利]一種適用于3D打印的成型銅粉、制備方法及其用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410072789.1
• 申請(qǐng)日: 2014-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN103801704A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱勝利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆山德泰新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): B22F9/08
• 分類號(hào): B22F9/08;B22F3/105;B22F3/115
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;侯桂麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于3D打印用材料領(lǐng)域，涉及一種3D打印用高性能成型銅粉材料、制備方法及其用途，該銅粉材料適用于激光燒結(jié)。

背景技術(shù)

3D打印被稱為“第三次工業(yè)革命的引擎”，目前激光燒結(jié)和選擇性激光燒結(jié)將3D打印帶入了“金屬時(shí)代”。有專家指出，3D打印的核心是它對(duì)傳統(tǒng)制造模式的顛覆，因此，從某種意義上說，3D打印最關(guān)鍵的不是機(jī)械制造，而是材料研發(fā)。材料將成為3D打印的技術(shù)制高點(diǎn)。一方面，高性能金屬構(gòu)件直接制造技術(shù)與適宜的材料配合可以顯著提高材料利用率，降低制造成本，避免材料浪費(fèi)，縮短生產(chǎn)周期；另一方面，高性能金屬構(gòu)件直接制造技術(shù)可以制造出用傳統(tǒng)制造方法無法獲得的構(gòu)件形狀，力學(xué)性能也較好，還能實(shí)現(xiàn)多材料復(fù)合成型。與此同時(shí)，用于高性能的金屬零件直接制造的特種粉體材料將是該技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)與保障。只有提升材料工藝，利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)高性能、難加工的大型復(fù)雜整體構(gòu)件才能成為可能。因此，研發(fā)適用于金屬零件激光直接制造的粉體材料是3D打印技術(shù)的重要發(fā)展方向和主要?jiǎng)恿χ唬粌H可以幫助解決我國一些工業(yè)大型設(shè)備構(gòu)件直接制造的技術(shù)瓶頸問題，而且也將是我國未來搶占3D打印增材制造技術(shù)戰(zhàn)略制高點(diǎn)的重要手段。

現(xiàn)階段，我國3D打印用材料大都由快速成型廠家直接提供，尚未實(shí)現(xiàn)第三方供應(yīng)通用材料的模式，導(dǎo)致材料的成本非常高。同時(shí)，國內(nèi)尚無針對(duì)專用于3D打印的粉末。有些單位采用常規(guī)的噴涂粉末替代使用，存在著很多的不適用性。在3D打印快速成型方面，研發(fā)和生產(chǎn)通用性更強(qiáng)的材料是技術(shù)提升的關(guān)鍵。解決好材料的性能和成本問題，將更好地推動(dòng)我國的快速成型技術(shù)的發(fā)展。國內(nèi)受制粉技術(shù)所限，細(xì)粒徑粉末制備困難，粉末收得率低、氧及其他雜質(zhì)含量高等，在3D打印過程中易出現(xiàn)粉末熔化狀態(tài)不均勻，導(dǎo)致制品中氧化物夾雜含量高、致密性差、強(qiáng)度低、結(jié)構(gòu)不均勻等問題，國內(nèi)粉末存在的主要問題集中在產(chǎn)品質(zhì)量和批次穩(wěn)定性等方面，包括：①粉末成分的穩(wěn)定性（夾雜數(shù)量、含氧量、成分均勻性）；②粉末物理性能的穩(wěn)定性（粒度分布、粉末形貌、流動(dòng)性、松裝比等）；③成品率問題（窄粒度段粉末成品率低）等。

目前，我國3D打印快速成型技術(shù)使用的材料大多需從國外進(jìn)口，或設(shè)備廠家自己投入巨大精力和經(jīng)費(fèi)研制，價(jià)格昂貴，致使生產(chǎn)成本提高，而國內(nèi)相應(yīng)使用的材料制成品其強(qiáng)度、精度都較低，3D打印材料國產(chǎn)化已勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)已有技術(shù)的問題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種適用于3D打印的成型銅粉，所述銅粉含氧量小于500ppm，粒徑小于10μm，粒徑分布窄且球形度高。

所述銅粉含氧量例如為20ppm、40ppm、60ppm、80ppm、100ppm、120ppm、140ppm、160ppm、180ppm、200ppm、220ppm、240ppm、260ppm、280ppm、300ppm、320ppm、340ppm、360ppm、380ppm、400ppm、420ppm、440ppm、460ppm或480ppm。

所述粒徑例如為1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。

將所述成型銅粉應(yīng)用于3D打印制品中，所述粉末熔化均勻，結(jié)構(gòu)均勻，氧化物夾雜少，致密性好，強(qiáng)度高，同時(shí)較小的粒徑增加了粉末的堆積密度，并且增加了在成型期間對(duì)光束的吸收率，因此，不僅可以增加成型密度，而且可以降低表面粗糙度。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種如上所述的適用于3D打印的成型銅粉的制備方法，所述方法包括如下步驟：

（1）將無氧銅放入中頻感應(yīng)爐內(nèi)，在氬氣保護(hù)下加熱使無氧銅完全融化，然后通過中頻感應(yīng)爐底部的預(yù)埋式氣體擴(kuò)散器，向銅液內(nèi)吹氬氣；

（2）將得到的銅液在氬氣保護(hù)下注入漏包坩堝中，在漏包坩堝的下方設(shè)置有層流超聲霧化噴嘴，當(dāng)熔融的銅液通過導(dǎo)流嘴流經(jīng)層流超聲霧化噴嘴時(shí)，被從噴嘴射出的經(jīng)過預(yù)熱處理的氬氣破碎成小液滴，隨后小液滴下落到霧化室內(nèi)冷卻凝固成粉末，得到適用于3D打印的成型銅粉。

本發(fā)明選用無氧銅作為原料，優(yōu)選TU0無氧銅作為原料，其銅純度高達(dá)99.99%，氧含量小于5ppm。本發(fā)明首先從原料上控制熔煉與熔液的純度，減少熔液的夾雜。