一种用于3d打印的金属粉料及其制备方法、以及3d打印方法
【专利说明】-种用于3D打印的金属粉料及其制备方法、从及3D打印方 法 【技术领域】
[0001] 本发明设及金属粉料及其制备方法，特别是设及一种用于3D打印的金属粉料及 其制备方法、W及3D打印方法。 【【背景技术】】
[0002] 在3D打印的诸多材料中，金属材料是应用最为广泛的材料。目前金属材料的3D 打印方法主要有选择性激光烧结、直接能量沉积、微喷射粘结等。相比之下，微喷射粘结运 种方法的成本较低，工艺较简单，具有良好的应用前景。运种方法是利用喷头按照一定的路 径向铺好的金属粉末上喷射粘结剂，将一定位置上的粉末粘接住，形成=维构件轮廓的一 层。然后再铺一层新的金属粉末，再进行喷射粘接。如此多层粘接叠加，就能够得到=维的 粘接巧体。运种粘接的巧体密度低、强度小，还需要进行脱脂、烧结才能够获得一定密度、强 度的=维打印制品。然而，对于微喷射粘结运种3D打印工艺，由于粘接巧体脱脂后密度较 低，孔隙较多，且烧结过程中仍然有相当一部分的孔隙存在，导致运种工艺并不利于获得高 密度的制件。 【
【发明内容】
】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种用于3D打印 的金属粉料及其制备方法、W及3D打印方法，金属粉料用于3D打印方法中，制得的打印制 品的致密度较高。
[0004] 本发明的技术问题通过W下的技术方案予W解决：
[0005] 一种用于3D打印的金属粉料的制备方法，包括W下步骤：W粒径在20~60微米 范围内的铁基合金粉末作为基体，W粒径均在50纳米~2微米范围内的氧化铁粉末和碳 粉作为添加物，混合均匀，获得金属粉料；所述氧化铁粉末和碳粉的质量之比在4. 4 :1~ 8. 8 :1的范围内，所述氧化铁粉末和碳粉的质量之和与所述铁基合金粉末的质量之比在1 : 100~1 :400的范围内。
[0006] 优选的技术方案中， 阳007] 所述氧化铁粉末和碳粉的质量之比在4. 4 :1~5 :1的范围内。
[0008] 所述铁基合金粉末为不诱钢粉末、模具钢粉末、铁儀合金粉末中的一种或者多种 的混合。
[0009] 所述铁基合金粉末、氧化铁粉末和碳粉的外形均为球形。
[0010] 混合均匀时，通过研磨机使粉末研磨充分后混合均匀。
[0011] 本发明的技术问题通过W下进一步的技术方案予W解决：
[0012] -种用于3D打印的金属粉料，为由铁基合金粉末、氧化铁粉末和碳粉混合均匀获 得的金属粉料；所述铁基合金粉末的粒径20~60微米范围内；所述氧化铁粉末和碳粉的 粒径均在50纳米~2微米范围内；所述氧化铁粉末和碳粉的质量之比在4. 4 :1~8. 8 :1的 范围内，所述氧化铁粉末和碳粉的质量之和与所述铁基合金粉末的质量之比在I:100~I: 400的范围内。
[0013] 一种3D打印方法，包括W下步骤：1)根据如上所述的制备方法制备金属粉料；2) 采用微喷射粘结的3D打印方法将所述金属粉料打印成=维巧体；3)将所述=维巧体进行 脱脂烧结，烧结溫度不低于900°C，获得3D打印制品。
[0014] 本发明与现有技术对比的有益效果是：
[0015] 本发明的用于3D打印的金属粉料及其制备方法，金属粉料中W铁基合金粉末作 为基体，W氧化铁粉末和碳粉作为添加物。添加物都是尺寸较小的微纳米级粉末，且用量有 严格控制，不会对金属粉料的整体流动性造成影响。而且添加物中的氧化铁粉末和碳粉的 质量比严格控制，使得应用于微喷射粘结的3D打印方法中时，在烧结过程中添加物中的氧 化铁成分被碳粉充分还原成微米或纳米级的铁粒子，填充于基体的孔隙之中，并且在高溫 下与基体烧结在一起，从而可提高烧结巧体的密度。因此，使得通过微喷射粘结的3D打印 工艺，也能获得高致密度的打印制品。 【【具体实施方式】】
[0016] 本【具体实施方式】中提供一种用于3D打印的金属粉料的制备方法，包括W下步骤： W粒径在20~60微米范围内的铁基合金粉末作为基体，W粒径均在50纳米~2微米范围 内的氧化铁粉末和碳粉作为添加物，混合均匀，获得金属粉料。所述氧化铁粉末和碳粉的质 量之比在4. 4 :1~8. 8 :1的范围内，所述氧化铁粉末和碳粉的质量之和与所述铁基合金粉 末的质量之比在1 :1〇〇~1 :400的范围内。其中，铁基合金粉末为不诱钢、模具钢、铁儀合 金中的一种或多种的混合。
[0017] 将上述制得的金属粉料应用于3D打印过程中，先将所述金属粉料通过微喷射粘 结的3D打印方法打印，即通过逐层喷射粘结剂微液滴，逐层叠加金属粉料获得=维粘接巧 体，粘结剂可选择聚乙締化咯烧酬或者聚乙締醇；然后将所述=维粘接巧体进行脱脂烧结， 烧结溫度不低于900°C，获得3D打印制品。
[0018] 上述金属粉料的制备过程中，铁基合金粉末的粒径在20-60微米范围内，便于后 续应用于3D打印过程中。如果基体粉末的粒径过低，会影响金属粉末的流动性并且粉末容 易飘起，不利于3D打印过程的正常进行；如果基体粉末的粒径过高，3D打印得到的巧体的 表面精度将较差。氧化铁粉末和碳粉的粒径都在50纳米到2微米范围内，尺寸为微米或纳 米级，从而作为添加物添加到基体中后不会对金属粉料的整体流动性造成影响。金属成型 粉料的流动性对于3D打印过程来说十分重要，流动性差的粉料会影响打印过程中铺粉质 量，影响3D打印巧体的表面精度。因此需严格控制上述粒径范围，从而确保金属成型粉料 中的各组分不会对粉料整体的流动性造成大的影响。 阳019] 氧化铁粉末和碳粉的质量之比在4. 4 :1~8. 8 :1的范围内，则两者能充分反应生 成铁粒子不发生残留。具体地，氧化铁粉末和碳粉在3D打印烧结过程中会反应生成铁和CO(或C〇2)，反应过程如下：
[0020] 化2〇3+3〔 一 2Fe+3C0
[0021] 2化203+3C一 4化+3C02
[0022] 当氧化铁粉末和碳粉的质量之比在4. 4 :1~8. 8 :1，且烧结溫度不低于900°C时， 可确保二者能够在烧结过程中能够充分反应完不发生残留，充分反应生成铁粒子。烧结过 程中，氧化铁粉末和碳粉反应生成的铁粒子填充在基体粉末的空隙中，并且与基体烧结在 一起，从而提高烧结制品的致密度。配合氧化铁和碳粉的质量之和与基体铁基合金粉末的 质量比在1:100到1:400范围内，使得添加剂的量适当，则添加剂反应生成的铁粒子的填充 作用可得到充分到体现；也不至于添加剂过多，影响整体粉料的流动性，影响3D打印过程， 也不利于获得高表面精度的产品。
[0023] 优选地，所述氧化铁粉末和碳粉的质量之比在4. 4 :1~5 :1的范围内。运样，添加 物的碳粉的量相对充足，在后续3D打印过程中，一方面，添加物中的一部分碳粉能够起到 与粘结剂中的高分子相互吸附的效果，提高粉料的粘接强度，有利于巧体在烧结过程中形 状的维持和减少收缩率。另一方面，添加物中的另一部分碳粉，在烧结过程中，与氧化铁粉 末充分反应生成铁粒子，填充于基体的孔隙之中，提高烧结体的致密度。
[0024] 优选的，金属粉料中基体和添加物粉末的外形都为球形，从而更有利于获得高流 动性的粉料。
[0025] 本【具体实施方式】中的金属粉料及其制备方法中，首先，粉料中的添加物都是尺寸 较小的微纳米级粉末，且用量有严格控制，不会对粉料的整体流动性造成影响。其次，添加 物中的碳粉能够起到与3D打印时的粘结剂中的高分子相互吸附的效果，提高粉料的粘接 强度。此外，在3D打印时的烧结过程中，粉料中的氧化铁成分会被碳粉还原成微米或纳米 级的铁粒子，填充于基体的孔隙之中，并且在高溫下与基体烧结在一起，从而有利于提高烧 结巧体的密度。运样，采用本【具体实施方式】的金属粉料，使得即使通过微喷射粘结的3D打 印工艺，也能获得高致密度的打印制品，可既发挥微喷射粘结3D打印工艺成本低，工艺简 单的优势，又能打印获得高致密度的打印制品。
[00%] 如下，通过设置实施例和对比例，