[發明專利]一種用于3D打印的鋁粉及其制備方法

有效

• 申請號: 201510048490.7
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104668552A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 陳慶;曾軍堂
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;B22F9/04
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明屬于3D打印制造領域，具體涉及一種用于3D打印制造的鋁粉，并進一步涉及該鋁粉的制備方法。

背景技術

3D打印技術是一種通過逐層增加堆積材料來生成三維實體的快速增材制造技術，不但克服了傳統減材制造造成的損耗，而且使產品制造更智能化，更精準，更高效。尤其是涉及到復雜形狀的高端制造，3D打印技術顯示出巨大的優越性。3D打印技術是一項具有工業革命意義的高新制造技術，代表了世界制造業發展的新趨勢，對于加快先進制造業發展、促進工業轉型升級具有重要的引領作用。隨著高端制造業的發展，目前3D打印制造技術受到高度關注，與機器人技術、人工智能技術一起被稱為推動第三次工業革命的關鍵技術。

由于3D打印制造技術完全改變了產品的成型方式和原理，是對傳統制造模式的顛覆，因此材料瓶頸成為限制3D打印發展的問題，也是3D?打印突破創新的關鍵點和難點所在。目前，3D打印技術中常用的材料是塑料材料，利用塑料材料熱塑性可熔融的特性，在熔融狀態下，從噴頭處擠壓出來，通過凝固層層疊加最終形成產品。由于塑料材料良好的熱流動性、快速冷卻粘接性、較高的機械強度，在3D打印制造領域得到快速的應用和發展。而3D打印的最終發展是在高端工業領域應用，樹脂塑料還無法滿足高端工業3D打印的需要，因此3D打印材料逐步從樹脂塑料向金屬材料發展。

金屬粉末作為3D打印原料，主要采用高功率的能量束如激光、電子束作為熱源，使粉末材料進行選區熔化，冷卻結晶后形成堆積層連續成型，形成最終產品。由于金屬粉末熔化溫度高，容易氧化，影響制品的強度，且激光熔化后的材料凝固會造成金屬體積收縮，造成巨大的材料熱應力，嚴重影響材料強度。另外，由于金屬粉末粒徑和分布的影響，冷卻結晶過程復雜，結晶過程很難定量控制，一旦出現晶體粗大、枝晶等必將造成材料成型后的力學性能降低的問題，最終結果就是關鍵構件沒辦法獲得實際應用。?????中國發明專利CN103862040A公開了一種用于3D打印的鎂基金屬粉末材料，以包裹有松香包膜的鎂粉為基本材料，以包裹有松香薄膜的鎳粉為支撐材料，以鋁粉為中間材料，通過混合攪拌而成。為了得到高強度的合金器件，采用了多種金屬共混的方法。

中國發明專利CN103801704A公開了一種用于3D打印的銅粉，采用氬氣保護爐熔煉TU0無氧銅至1250～1400℃，通過爐底吹氬來去除熔融銅液內的夾雜，使銅液完全熔化并溫度均勻。通過漏包坩堝和導流嘴流經氣霧化噴嘴，形成小液滴，得到的銅粉球形較好，但粒徑較大，因此在用于3D打印制造時熔融溫度高，難以控制。

根據上述，目前在3D打印制造應用的金屬粉末，存在著熔融溫度高、粒徑大、氧含量高、球形度差、成分均勻性差以及粒度分布不佳等問題。因此金屬粉由于粗細不均勻，熔化不均，在凝固時會造成體積收縮，造成材料結構缺陷，強度受損。

發明內容

針對目前3D打印金屬粉末粒徑粗、分布不均勻、含氧量高、熔化溫度高的缺陷，本發明提出一種用于3D打印的鋁粉。該鋁粉是以白炭黑為載體，在真空條件下，將鋁在680℃熔融后，停留在白炭黑的空隙中，通過氬氣保護研磨形成球形鋁粉，使球形鋁粉含氧率降低，防止氧化鋁對鋁的融化造成影響，通過單體在鋁粉表面包覆聚合，從而使鋁粉用于3D打印制造。進一步提供用于3D打印鋁粉的制備方法。

一種用于3D打印的鋁粉，是通過如下技術方案實現的：

一種用于3D打印的鋁粉，其特征是：以白炭黑為載體，白炭黑與鋁的質量配比為1:300-500，金屬鋁熔融停留在白炭黑的空隙中，通過研磨細化得到平均粒徑在50-100nm、球形度為0.75以上球形鋁粉，球形鋁粉表面包覆單體并聚合，可用于3D打印制造。

所述白炭黑的孔徑為100-150nm。

所述的單體為丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯中的至少一種。

本發明一種用于3D打印的鋁粉的制備方法，其特征是按照如下方式進行：

1）將純度為99.5%以上的金屬鋁置于真空爐中，在680℃熔融后，按照白炭黑與鋁的質量配比為1:300-500將白炭黑加入真空爐，維持真空，以50-100rpm的轉速將白炭黑與熔融鋁分散3-5min，使熔融鋁停留在白炭黑的多孔的空隙中；

2）將步驟1)得到的熔融鋁-白炭黑復合物冷卻后，在氬氣保護下進行研磨，以白炭黑100-150nm的孔徑作為鋁粉成粒的隔離膜，不但易于研磨粉碎分散，而且得到的鋁粉粒徑分布均勻，氧含量低；