一种金属3d打印法产品生产方法及设备的制作方法
【专利摘要】一种金属3D打印产品生产方法及设备，采用金属粉末材料加成型粘接剂的方法，制备出低融化点的热塑性3D金属打印原材料混合料，通过稍许改造商用热融堆积成型法（FDM型法）的3D打印机(见附图)，就可以使用制备的此类金属打印原材料混合料，打印出金属零部件产品生坯，通过热脱脂法或化学催化脱脂法等工艺脱除生坯零部件中的成型粘接剂，再用真空烧结或气氛保护烧结方法进行脱除成型粘结剂后的生坯高温烧结，生产出合金化致密的高性能的复杂金属零部件产品。本发明的有益效果是：开发了一种低成本方式的3D打印法生产金属或其它材质的零部件的设备和工艺。
【专利说明】一种金属3D打印法产品生产方法及设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种采用金属粉末添加有机粘接剂，通过热融堆积成型法(FDM法)3D打印产品生坯，再通过脱除粘结剂，高温烧结合金化致密化生产金属零部件产品的方法和设备。
[0002]
【背景技术】
[0003]3D打印生产技术属于近净成型增材制造技术的一种，其原理为由软件把计算机设计的三维零部件实体图分解成若干层平面切片，通过3D打印机打印输出，生产不同材质的所需零部件；因其柔性化、客制化、快速近净成型生产结构复杂的不同材质零部件的俱多优点，成为一种极具发展前景的增材制造技术，特别在设计制造一体化整体成型、直接生产高性能复杂金属零部件整体模块方面拥有特殊优势。
[0004]目前类似3D打印近净成型增材制造制造技术在全世界得以飞速发展，已初步商用化的生产方法主要有激光立体成型法、选择性激光烧结法、选择性电子束烧结法、低温热融堆积成型法等。
[0005]3D打印热融堆积成型法工艺技术是采用低温热融打印喷头，将熔融流动态的热塑性高分子材料按计算机设计的三维产品模型分层数据控制的打印路径挤压沉积在特定位置，热塑性材料冷却固化，逐层堆积成型产品。
[0006]通常的低温热融堆积成型法3D打印增材成型只能使用PLA或ABS等热塑性高分子材料生产各种模型产品，而金属采用激光高温熔融层积法或选择性激光高温烧结法实现3D打印成型。由于金属熔化或烧结温度高，用激光成型法所使用的激光发生器功率大，一般在200W以上，高功率激光器生产技术难度大，成本昂贵，大规模商用投资大，门槛高。而利用部分成熟技术开发一种低成本方式的3D打印生产金属零部件设备和工艺已成为现实需求。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明开发出一种采用金属粉末材料加成型粘接剂的方法，制备出低融化点的热塑性3D金属打印原材料混合料，通过稍许改造商用热融堆积成型法(FDM型法)3D打印机，就可以使用制备的此类金属打印原材料混合料，打印出金属零部件产品生坯，通过热脱脂法或化学催化脱脂法等工艺脱除生坯零部件中的成型粘接剂，再用真空烧结或气氛保护烧结方法进行脱除成型粘结剂后的生坯高温烧结，生产出合金化致密的高性能的复杂金属零部件产品。
[0009]本发明的生产工艺过程为:
金属粉末材料+热塑性成型粘结剂——混练成型金属粉末混合料——(FDM型法)3D打印机打印零部件生坯——生坯脱除粘结剂——高温烧结——金属零部件产品。[0010]成型粘结剂功能:增加3D打印所需金属粉末原材料的热塑性和维持成型形状。
[0011]各种陶瓷材料的3D打印也适合此类工艺方法。
[0012]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]1.成型混合料机械压力挤出装置；2.伺服电机；3.成型金属粉末混合料输送管道；4.打印头；5.堆积成型平台。
【具体实施方式】
[0014]本发明具体实施方案，用3D打印不锈钢316L材质金属零部件产品为例说明如下:
一.热塑性成型金属粉末混合料制备
(1)选择平均粒径D50=25μ m的不锈钢316L牌号球形金属粉末
(2)热塑性成型粘结剂成分:50%石蜡+50%聚乙烯
(3)混炼:60%金属粉末含量+40%成型粘结剂体积含量，用5公斤螺杆混炼机，在温度1200C以下混炼20KG混合料20小时。
[0015]二.3D打印成型金属零部件生坯
(O利用专业3D打印软件在计算机中设计好要打印的三维金属零部件产品模型，设置打印参数，低温热融堆积成型法(FDM型法)3D打印机打印头温度控制在160°C -180°C,打印工作台温度控制在80°C以下。
[0016](2)改造后的低温热融堆积成型法(FDM型法)3D打印机给料方式，由热塑性高分子盘卷线材通过步进电机给料改变为成型混合料机械压力挤出装置1，通过输送管道3混合料被供应打印头4。
[0017](3)成型混合料在打印头加热到160°C以上时由于热塑性变为熔融流动态，被挤压出打印头后冷却堆积成型零部件生坯。
[0018]三.零部件生坯中成型粘结剂脱除
在专用热脱脂炉中，金属 零部件生坯中的粘结剂被加热脱除，此过程中设定加热工艺曲线，控制升温速率，保证粘结剂脱除干净，零部件生坯不变形。
[0019]四.脱除零部件生坯成型粘结剂后真空烧结
脱除粘结剂的不锈钢零部件生坯放入真空烧结炉，根据此316L材质，液相烧结温度设定为1350°C，制定烧结温度曲线，对零部件生坯进行高温烧结，生坯产品烧结收缩致密化合金化，生产出有一定机械性能的316L不锈钢零部件产品。
【权利要求】
1.一种金属3D打印法产品生产方法及设备，其特征在于采用金属粉末材料加成型粘接剂的方法，制备出低融化点的热塑性3D金属打印原材料混合料，通过稍许改造商用低温热融堆积成型法(FDM型法)的3D打印机，就可以使用制备的此类金属打印原材料，打印出金属零部件产品生坯，通过热脱脂法或化学催化脱脂法等工艺脱除生坯零部件中的成型粘接剂，再用真空烧结或气氛保护烧结方法进行脱除成型粘结剂后的生坯高温烧结，生产出合金化致密的高性能的复杂金属零部件产品。
2.如权利要求1所述的一种金属3D打印法产品生产方法及设备，其特征为:打印材料为热塑性成型金属粉末混合料，其成分为金属粉末添加热塑性成型粘结剂。
3.如权利要求1所述的一种金属3D打印产品生产方法及设备，其特征为:打印用成型混合料在打印头加热时由于热塑性变为熔融流动态，通过成型混合料机械压力挤出输送，被挤压出打印头后冷却堆积成型零部件生坯。
4.如权利要求1所述的一种金属3D打印产品生产方法及设备，其特征为:在专用脱脂设备中，金属零部件生坯中的粘结剂被脱除，此过程中保证粘结剂脱除干净，零部件生坯不变形。
5.如权利要求1所述的一种金属3D打印产品生产方法及设备，其特征为:脱除粘结剂的零部件生坯放入真空烧结炉，制定烧结温度曲线，对零部件生坯进行高温烧结，生坯产品烧结收缩致密化合金化，生产出有一定机械性能的零部件产品。
6.如权利要求1所述的一种金属3D打印法产品生产方法及设备，其特征为:生产工艺过程为: 金属粉末材料+热塑性成型粘结剂——混练成型金属粉末混合料——(FDM型法)3D打印机打印零部件生坯——生坯脱除粘结剂——高温烧结——金属零部件产品。
7.如权利要求1所述的一种金属3D打印产品生产方法及设备，其特征为:除各种金属材料外，各种陶瓷材料的3D打印生产也适合此类工艺方法。
8.如权利要求1所述的一种金属3D打印法产品生产方法及设备，其特征为:本技术方法中所使用热塑性成型有机粘结剂是为了增加3D打印所需金属粉末原材料的低温热塑性和维持成型形状，粘结剂的选择呈多样性，只要使用目的和方法符合本发明技术的原则范畴，都属于本发明技术的权利要求范围。
【文档编号】B22F3/105GK103769587SQ201310611874
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】王利民 申请人:王利民