[發明專利]一種基于3D打印技術的金屬材料高通量制備方法

在審

• 申請號: 201810191595.1
• 申請日: 2018-03-08
• 公開（公告）號: CN108273999A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 張亮;朱德祥;吳文恒;盧林;楊啟云;倪曉晴;王濤;吳凱琦
• 申請（專利權）人: 上海材料研究所
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F9/08;B22F1/00;B33Y10/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 褚明偉

本發明涉及一種基于3D打印技術的金屬材料高通量制備方法，屬于增材制造和材料基因組領域。本發明主要由球形金屬粉末制備、多路獨立粉末定量輸送系統、粉末混合系統和激光加工系統四部分協同完成。本發明的主要技術特征在于利用多路獨立粉末輸送系統和粉末混合系統，通過精確調節不同粉末輸送系統的送粉量，實現不同成分粉末按照特定比例混合，再結合3D打印激光成型系統，完成不同成分的金屬材料的高通量制備。本方法的顯著優點為可制備具有特定成分變化的從1～1000cm³不同尺度的金屬材料，制備速度最大可達50cm³/h。本方法制備的金屬材料可用于金屬及顆粒增強金屬基復合材料的高效優化與篩選，指導新材料的設計開發。

技術領域

本發明涉及一種基于3D打印技術的金屬材料高通量制備方法，屬于增材制造領域和材料基因組領域，特別是指不同成分的金屬材料的高通量制備方法。

背景技術

激光3D打印技術是近年來快速發展起來的一種先進制造技術，該技術運用了快速原型技術“離散+堆積”的增材制造思想，采用激光作為高能聚焦熱源，以熔覆的方式將材料逐層堆積起來形成立體零件，從而能夠實現高性能金屬零部件的快速、無模具、近凈成形。

材料基因組是美國經過信息技術革命后，充分認識到材料革新對技術進步和產業發展的重要作用，以及在復興制造業的戰略背景下提出來的。材料基因組計劃是融合材料科學、計算科學、物理學等學科，采用模型計算技術、數值模擬技術、數據庫知識和數據挖掘技術、高通量制備技術等，揭示工藝過程、微觀結構以及材料性能之間的本質關聯規律。在傳統材料的研發中，合金的成分設計、微觀組織調控以及性能的優化需要通過大量消耗性實驗不斷地調整溫度、成分和時間等工藝參數，從而得到最佳工藝參數和材料性能。而在材料基因組計劃核心思想中，傳統的試錯法被數理模型和高通量實驗取代，借助高性能計算和信息化技術耦合尖端的材料表征技術，構成一個高度集成的高通量材料設計方法，從而可以極大地加速材料的研發過程，擴展新材料的種類。

材料高通量制備和表征技術，與材料數據庫和集成計算共同構建了材料基因組三大核心技術。材料高通量制備和表征技術不僅為材料計算模型和材料基因組數據庫提供重要的準確基礎參數，同時也為材料計算模型的驗證與優化起到至關重要的作用。

目前，高通量組合材料實驗方法已在較大范圍被材料科技工業領域接受，應用于金屬、陶瓷、無機化合物、高分子等材料的研發與產業化。適用的材料形態從最初的薄膜形態擴展至液體、膠體、塊體等多種形態，并取得了一系列商業上的成功。其中，不同成分的金屬材料高通量制備通常采用擴展多元節方法，該方法成形速度慢，試樣尺寸受限，無法制備出單一成分的金屬材料，主要適用于具有成分梯度的金屬材料制備。

發明內容

本發明的目的就是為了提供一種基于3D打印技術的金屬材料高通量制備方法。本發明方法基于3D打印技術，通過調節不同金屬粉末配比，在高能激光作用下熔覆沉積，高通量制備不同成分的金屬材料。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于3D打印技術的金屬材料高通量制備方法，包括以下步驟：

步驟一，金屬粉末制備：根據所需特定成分變化的金屬材料的制備要求，進行金屬組分質量配比，并將其加熱熔化后采用氣霧化技術制備出特定成分的多種合金粉末；

步驟二，金屬粉末篩分：將步驟一所制得粉末進行篩分；

步驟三，步驟二所篩分的粉末，分別按照成分的不同將兩種或多種合金粉末分別加入到不同獨立粉末輸送系統中，如需制備不同增強顆粒比例的金屬基復合材料，則加入前將步驟二中所篩分金屬粉末與特定比例增強顆粒均勻混合；

步驟四，設定不同獨立粉末輸送系統粉末盤的轉速，利用粉末輸送過程中的混合裝置，實現不同成分粉末按照特定比例均勻混合；