[發明專利]一種采用墨水直寫打印金屬零件的方法

有效

• 申請號: 202011238209.3
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112548114B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 孟曉燕;鄧欣;陸騰軒;熊義松
• 申請（專利權）人: 季華實驗室
• 主分類號: B22F10/14
• 分類號: B22F10/14;B22F10/62;B22F10/64;B22F1/102;B33Y10/00;B33Y70/10
• 代理公司: 惠州市超越知識產權代理事務所(普通合伙) 44349
• 代理人: 陳文福

本發明公開了一種采用墨水直寫打印金屬零件的方法，包括以下步驟：首先將分散劑、增稠劑和溶劑按一定比例混合均勻，加入堿性溶液，調整混合液的PH值為8~10。向混合液中加入金屬粉末，混合均勻、真空脫泡后得到預混料。然后將預混料轉移到DiW設備進行打印，噴霧裝置向打印表面逐層噴射含有兩個醛基基團的交聯劑實現邊打印邊固化。打印完成后，將打印生坯進行脫脂處理，高溫燒結，得到最終產品。本發明制備的預混料固含量較高，體系分散穩定，適合DiW打印。本發明提供的方法適應多種金屬材料打印，降低生產成本，提高生產效率，可實現結構復雜、近凈成形的金屬零件制造。

技術領域

本發明屬于增材制造領域，具體涉及一種采用墨水直寫打印金屬零件的方法。

背景技術

隨著金屬零件使用性能和結構復雜程度的提高，采用鑄造、鍛造等傳統工藝難以滿足行業需求，增材制造（additive manufacturing，AM）技術的出現為高性能、復雜結構制造提供了新型解決方案。金屬AM技術主要是采用選擇性激光熔化（SLM），其工作原理是使用激光將金屬粉末熔合在一起。該方法對金屬材料具有一定選擇性，并且激光設備昂貴。

墨水直寫（Direct ink writing, DiW）技術，是增材制造技術的一種，可在亞微米至厘米范圍實現金屬、陶瓷、聚合物、水凝膠等復雜三維構型的程序化構件。墨水材料存儲于溫度可控的料筒，通過螺旋擠出或氣動壓力控制系統使材料從噴頭擠出，依據計算機建模程序逐層打印成型。DiW技術要求墨水具備剪切變稀的特性以及優異的粘彈性，從噴頭擠出后可以快速成型保持穩定形狀并且逐層堆疊不坍塌。當打印材料為金屬、陶瓷材料時，金屬或陶瓷粉末要均勻分散在墨水中，從料筒中穩定擠出不發生沉降，以免堵塞噴頭。由于金屬材料密度較高，在墨水中易沉降，影響打印效果。因此，制備高固含量、體系分散穩定的適合DiW打印的含金屬粉末的墨水有一定難度。

發明內容

本發明涉及一種采用墨水直寫打印金屬零件的方法，目的是制備固含量高、體系分散穩定的適合金屬DiW打印的墨水，提供一種低成本、高效率制造結構復雜、近凈成形的金屬零件的方法，從而克服現有技術的不足。

本發明的技術方案如下：

本發明提供一種采用墨水直寫打印金屬零件的方法，包括以下步驟：

S1.將分散劑、增稠劑和溶劑按比例混合均勻，加入堿性溶液，調整混合液的PH值為8~10；向混合液中加入金屬粉末，混合均勻、真空脫泡后得到預混料；所述金屬粉末占預混料的體積分數為10%~75%，分散劑占金屬粉末的質量分數為0.05%~0.15%，增稠劑占金屬粉末的質量分數為0.5%~1.5%；

S2.將步驟S1配置的預混料轉移到DiW設備料筒，將模型文件導入到計算機程序進行3D打印，噴霧裝置向打印表面逐層噴射霧狀的交聯劑實現邊打印邊固化；

S3.打印完成后，將打印生坯進行脫脂處理，高溫燒結，得到最終產品。

進一步的，步驟S2中，所述3D打印的工藝參數為使用的噴頭直徑為0.3~0.8毫米，打印層高為0.2~0.7毫米，打印速度為15~50毫米/秒。

本發明中，3D打印的工藝參數根據墨水的成分、固含量以及流變性能而進行調整。優選的，3D打印的工藝參數為噴頭直徑為0.4毫米，打印層高為0.3毫米，打印速度為15毫米/秒。

進一步的，步驟S2中，所述交聯劑為含有兩個醛基基團的交聯劑。

進一步的，所述交聯劑為丁二醛、戊二醛中的一種。

更進一步的，所述交聯劑為戊二醛水溶液，其中戊二醛的質量分數為50%。

進一步的，步驟S2中，所述交聯劑的每層噴射量為每層金屬粉末質量的0.1~1%。通過此方式，減少交聯劑的使用量，在保證打印生坯強度的同時，減少脫脂工藝的能耗。