本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种利用塑料3D打印机打印制造金属/合金零件的方法。
背景技术：
3D打印是一种快速成型技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。3D打印技术是“增材制造”的主要实现形式！所谓“增材制造”是指区别于传统的“去除型”制造，不需要原胚和模具，直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体。最大优点就是能简化制造程序，缩短新品研制周期，降低开发成本和风险！相比传统制造工艺，3D打印节省原材料，用料只有原来的1/3到1/2，制造速度却快3-4倍。
金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。按照金属粉末的添置方式将金属3D打印技术分为3类:1)使用激光照射预先铺展好的金属粉末，这种方法目前被设备厂家及各科研院所广泛采用，包括使用激光照射喷嘴输送的粉末流，激光与输送粉末同时工作的激光工程化净成型，该方法目前在国内使用比较多；2)激光选区熔化技术；3)采用电子束熔化预先铺展好的金属粉末的电子束熔化技术，此方法与第1类原理相似，只是采用热源不同。
现有的技术中。利用3D打印技术制造金属零部件的方法中，制作流程相对复杂，制造时间长，原料的利用率较低，造成了资金成本的浪费，且生产的金属零部件存在隐形的风险。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用塑料3D打印机打印制造金属/合金零件的方法，通过该方法简化生产流程，降低对材料的要求，并提高原材料的利用率，同时降低投资成本。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种利用塑料3D打印机打印制造金属/合金零件的方法，该方法包括以下步骤：
1)原材料前处理：将购买的金属粉末烘干去湿；
2)原材料包覆：经过步骤1)处理后的金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂加入到混炼机中进行密炼，完全混合均匀后得到膏状物；
3)粉末还原：将步骤2)得到的膏状物经过冷却和干燥后还原成粉末状，过筛，得到表面包覆高分子材料的粉末颗粒；
4)3D打印：将步骤3)得到的粉末颗粒作为3D打印的原料在塑料3D打印机中打印出预设形状的零件，得到零件半成品；
5)脱脂：将上述零件半成品放进脱脂炉中脱除POM；
6)烧结：经过步骤6)脱除POM后的零件半成品转入到真空炉中烧结，得到成品。
作为进一步的方案，本发明的步骤2)中所述金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂的用量以质量百分数计分别为：
POM 3％-10％；
PE 4％-6％；
PP 2％-4％；
抗氧化剂 0.1％-1％；
金属粉末余量。
作为进一步的方案，本发明的步骤2)中采用混炼机的密炼的温度设置为160-200℃，密炼时间为1.5-2.5小时，密炼完成后立即降至室温。
作为进一步的方案，本发明所述的步骤5)脱脂过程中，催化气体为HNO3，脱脂炉的温度设置为110-130℃，脱脂时间为4-6小时。
作为进一步的方案，本发明所述的催化气体通入脱脂炉中的速率为0.01-0.05mL/min。
作为进一步的方案，本发明所述的步骤6)烧结的温度为800-1000℃。
作为进一步的方案，本发明所述的金属粉末为铁合金粉末、不锈钢粉末、钛合金粉末、铝合金粉末、钛粉末中的一种。
作为进一步的方案，本发明所述的方法还包括对步骤6)烧结后的零件再次在HIP烧结炉中进行完全致密化处理。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明所述的利用塑料3D打印机打印制造金属/合金零件的方法中，对金属粉末的形貌、含氧量以及粒径没有特殊的要求，扩大量金属粉末原料的来源，降低了3D打印对原料的技术要求；
本发明所述的利用3D打印制造金属/合金零件的方法中，所用3D打印机是普通塑料打印机；
3.本发明所述的利用塑料3D打印机打印制造金属/合金零件的方法中通过实现对金属粉末的处理，提高了原材料的利用率，大大降低了对设备的要求，节约了制造成本；
4.本发明所述的利用塑料3D打印机打印制造金属/合金零件的方法可以涉及到医疗、民用甚至军事和航空领域。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
本发明所述的利用塑料3D打印机打印制造金属/合金零件的方法，该方法包括以下步骤：
1)原材料前处理：将购买的金属粉末烘干去湿；
2)原材料包覆：经过步骤1)处理后的金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂加入到混炼机中进行密炼，完全混合均匀后得到膏状物；
3)粉末还原：将步骤2)得到的膏状物经过冷却和干燥后还原成粉末状，过筛，得到表面包覆高分子材料的粉末颗粒；
4)3D打印：将步骤3)得到的粉末颗粒作为3D打印的原料在塑料3D打印机中打印出预设形状的零件，得到零件半成品；
5)脱脂：将上述零件半成品放进脱脂炉中脱除POM；
6)烧结：经过步骤6)脱除POM后的零件半成品转入到真空炉中烧结，得到成品。
作为进一步的方案，本发明的步骤2)中所述金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂的用量以质量百分数计分别为：
POM 3％-10％；
PE 4％-6％；
PP 2％-4％；
抗氧化剂 0.1％-1％；
金属粉末余量。
在本发明中，“POM”是指聚甲醛，其在上述方案中用作粘合助剂，在对金属粉末的密炼包覆过程中起到流动和粘合的作用。“PE”即聚乙烯，在上述方案中，PE起到烧结前零件半成品的保型作用；作为优选的，在本发明中，聚乙烯采用高密度聚乙烯。“PP”即聚丙烯，起到烧结前零件半成品的保型作用。
作为进一步的方案，本发明的步骤2)中采用混炼机的密炼的温度设置为160-200℃，密炼时间为1.5-2.5小时，密炼完成后立即降至室温。经过密炼后的金属粉末表面包覆了一层高分子材料，在3D打印过程中，这种包覆了高分子材料的金属粉末颗粒的加工性能得到了改善，可以打印出任意形状的物件，相对于传统的3D打印，对3D打印机的要求大大降低，用普通打印塑料粉末的3D打印机就可以实现
在本发明的脱脂过程中，催化脱脂的原理是利用一种催化剂把有机载体分子解聚为较小的可挥发的分子，这些分子比其它脱脂过程中的有机载体分子有较高的蒸气压，能迅速地扩散出坯体。因此，脱脂率受脱脂温度的影响，由于聚甲醛在酸性作用下是由末端开始进行逐步分解，随着反应温度的增加，但是温度过高，使催化脱脂反应过快，坯体内产生有机小分子气压过大会造成坯体出现脱脂缺陷；另外温度过高，会造成坯体软化变形；而催化脱脂温度太低，脱脂速率也太小这种解聚反应的速度增加，导致脱脂速率增大。此外脱脂率受脱脂催化时间的影响，具体表现为随着催化脱脂时间增加，注射成形坯脱脂量增加，而且随着时间增加，脱脂量增加趋势变平稳。因此，作为优选的方案，本发明所述的步骤5)脱脂过程中，催化气体为HNO3，脱脂炉的温度设置为110-130℃，脱脂时间为4-6小时。
在本发明的脱脂过程中，HNO3气体流量增加使得催化气体中HNO3浓度增加，从而促进POM的解聚反应，但是HNO3气体的流量也不能太大，如果HNO3浓度太大催化气体具有一定的腐蚀性，会对粉末和设备造成危害。因此，作为优选的方案，本发明所述的催化气体通入脱脂炉中的速率为0.01-0.05mL/min。
作为进一步的方案，本发明所述的步骤6)烧结的温度为800-1000℃。
作为进一步的方案，本发明所述的金属粉末为铁合金粉末、不锈钢粉末、钛合金粉末、铝合金粉末、钛粉末等中的一种。由于在3D打印前对金属粉末进行一系列的处理，因此在本发明中并不需对金属粉末的形貌、含氧量以及粒径做特殊的要求。
作为进一步的方案，本发明所述的方法还包括对步骤6)烧结后的零件再次在HIP烧结炉中进行完全致密化处理。具体的，致密化处过程中，烧结炉的温度为1200-1360℃。经过完全致密化处理后的零部件可以用航空件或者军工件。
以下是本发明具体的实施例，在下述实施案例中所采用的原料、设备等均可以通过商业渠道获得。
实施例1
一种利用塑料3D打印机打印制造金属/合金零件的方法，该方法包括以下步骤：
1)原材料前处理：将购买的铝合金粉末烘干去湿；
2)原材料包覆：经过步骤1)处理后的金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂加入到160℃的混炼机中进行密炼2.5小时，完全混合均匀后得到膏状物；其中所述金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂的用量以质量百分数计分别为：
POM 3％；
PE 6％；
PP 4％；
抗氧化剂 0.1％；
金属粉末余量；
3)粉末还原：将步骤2)得到的膏状物经过冷却和干燥后还原成粉末状，过筛，得到表面包覆高分子材料的粉末颗粒；
4)3D打印：将步骤3)得到的粉末颗粒作为3D打印的原料在塑料3D打印机中打印出预设形状的零件，得到零件半成品；
5)脱脂：将上述零件半成品放进脱脂炉中脱除POM；脱脂过程中催化气体为HNO3，HNO3气体通入脱脂乳中的速率为0.01mL/min，脱脂炉的温度设置为110℃，脱脂时间为6小时；
6)烧结：经过步骤6)脱除POM后的零件半成品转入到真空炉中在800℃温度下烧结，得到成品。
在该实施例中，脱脂率为87.3％。
实施例2
一种利用塑料3D打印机打印制造金属/合金零件的方法，该方法包括以下步骤：
1)原材料前处理：将购买的铁合金末烘干去湿；
2)原材料包覆：经过步骤1)处理后的金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂加入到180℃的混炼机中进行密炼2小时，完全混合均匀后得到膏状物；其中所述金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂的用量以质量百分数计分别为：
POM 5％；
PE 5％；
PP 3％；
抗氧化剂 0.5％；
金属粉末余量；
3)粉末还原：将步骤2)得到的膏状物经过冷却和干燥后还原成粉末状，过筛，得到表面包覆高分子材料的粉末颗粒；
4)3D打印：将步骤3)得到的粉末颗粒作为3D打印的原料在塑料3D打印机中打印出预设形状的零件，得到零件半成品；
5)脱脂：将上述零件半成品放进脱脂炉中脱除POM；脱脂过程中催化气体为HNO3，HNO3气体通入脱脂乳中的速率为0.03mL/min，脱脂炉的温度设置为120℃，脱脂时间为5小时；
6)烧结：经过步骤6)脱除POM后的零件半成品转入到真空炉中在900℃温度下烧结，得到成品。
在该实施例中，脱脂率为88.1％。
实施例3
一种利用塑料3D打印机打印制造金属/合金零件的方法，该方法包括以下步骤：
1)原材料前处理：将购买的不锈钢粉末烘干去湿；
2)原材料包覆：经过步骤1)处理后的金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂加入到200℃的混炼机中进行密炼1.5小时，完全混合均匀后得到膏状物；其中所述金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂的用量以质量百分数计分别为：
POM 10％；
PE 4％；
PP 2％；
抗氧化剂 1％；
金属粉末余量；
3)粉末还原：将步骤2)得到的膏状物经过冷却和干燥后还原成粉末状，过筛，得到表面包覆高分子材料的粉末颗粒；
4)3D打印：将步骤3)得到的粉末颗粒作为3D打印的原料在塑料3D打印机中打印出预设形状的零件，得到零件半成品；
5)脱脂：将上述零件半成品放进脱脂炉中脱除POM；脱脂过程中催化气体为HNO3，HNO3气体通入脱脂乳中的速率为0.05mL/min，脱脂炉的温度设置为130℃，脱脂时间为4小时；
6)烧结：经过步骤6)脱除POM后的零件半成品转入到真空炉中在1000℃温度下烧结，得到成品。
在该实施例中，脱脂率为88.6％。
实施例4
一种利用塑料3D打印机打印制造金属/合金零件的方法，该方法包括以下步骤：
1)原材料前处理：将购买的钛合金粉末烘干去湿；
2)原材料包覆：经过步骤1)处理后的金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂加入到180℃的混炼机中进行密炼2小时，完全混合均匀后得到膏状物；其中所述金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂的用量以质量百分数计分别为：
POM 5％；
PE 5％；
PP 3％；
抗氧化剂 0.5％；
金属粉末余量；
3)粉末还原：将步骤2)得到的膏状物经过冷却和干燥后还原成粉末状，过筛，得到表面包覆高分子材料的粉末颗粒；
4)3D打印：将步骤3)得到的粉末颗粒作为3D打印的原料在塑料3D打印机中打印出预设形状的零件，得到零件半成品；
5)脱脂：将上述零件半成品放进脱脂炉中脱除POM；脱脂过程中催化气体为HNO3，HNO3气体通入脱脂乳中的速率为0.03mL/min，脱脂炉的温度设置为120℃，脱脂时间为5小时；
6)烧结：经过步骤6)脱除POM后的零件半成品转入到真空炉中在900℃温度下烧结，得到成品；
7)完全致密化处理：将上述成品再次转入到真空炉在1300℃温度下烧结。
在该实施例中，脱脂率为89.1％。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。