一种金属材料薄壁结构零件的3D打印加工方法与流程

本发明属于成形加工技术领域，涉及一种金属材料薄壁结构零件的加工方法，尤其涉及一种金属材料薄壁结构零件的3d打印加工方法。

背景技术：

如图1和2所示，金属材料薄壁结构零件包括底板1和位于所述底板1上的薄壁结构2。所述薄壁结构2的厚度很小，通常情况下，其厚度在0.4mm以内。这种金属材料薄壁结构零件在诸多领域中都具有广泛的应用。但是，由于薄壁结构很薄、加工精度要求较高，现有技术中并不具有较好的加工方法。

现有技术提供了一种cnc加工金属材料薄壁结构零件的加工技术。其采用cnc方法加工出薄壁结构。但是，由于采用cnc方法加工，会造成很大的材料浪费。同时，由于此零件材料为316l不锈钢，cnc加工很困难。

此外，现有技术还提供了一种注射成形金属材料薄壁结构零件的加工方法。其将整个金属材料薄壁结构零件一体注射成形。但是，由于薄壁结构2很薄，使得浇注后难以从模具中顶出,且走浇困难。

鉴于现有技术的上述缺陷，迫切需要一种新型的金属材料薄壁结构零件的加工方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种金属材料薄壁结构零件的3d打印加工方法，采用了3d打印加工技术，解决了用cnc加工中出现的材料浪费问题，同时也解决了直接采用注射成形方法加工时出现的难以顶出、走浇困难等问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种金属材料薄壁结构零件的3d打印加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）、选定金属材料粉末和粘结剂；

2）、利用所选定的金属材料粉末和粘结剂制备喂料；

3）、利用所述喂料注射成形底板生坯；

4）、通过3d打印机在所述底板生坯上直接利用所述喂料打印出薄壁结构生坯，形成金属材料薄壁结构零件的生坯；

5）、对所述金属材料薄壁结构零件的生坯进行脱脂烧结，制得所述金属材料薄壁结构零件。

进一步地，其中，所述步骤1）中，选定的金属材料粉末为316l不锈钢粉末且其粒径为10-20微米。

更进一步地，其中，所述步骤1）中，选定的粘结剂为塑基粘结剂。

再进一步地，其中，所述塑基粘结剂为pom、pe、eva、sa和pw的混合物，其中，各成份的质量百分比为：pom75%-89%；pe4%-10%；pw3%-10%p；sa2%-8%；eva1%-10%。

此外，在本发明中，其中，所述步骤2）具体为将所述金属材料粉末与所述粘结剂放在密炼机中在190℃下混炼2小时制备出所述喂料。

进一步地，其中，在制备喂料时，所述金属材料粉末占喂料总重量的60-80%，所述粘结剂占喂料总重量的20-40%。

更进一步地，其中，所述步骤3）中，注射成形时的注射温度为190℃，模温为120℃，注射压力为80mpa，注射速度为60cm³/s，保压时间为1s，保压压力为30mpa。

再进一步地，其中，所述步骤5）中，所述脱脂具体为在120℃的脱脂温度下催化脱脂6小时。

再更进一步地，其中，所述步骤5）中，所述烧结的具体工艺过程为：以4℃/min的升温速度将烧结炉的温度升温到600℃并保温90min后，以5.55℃/min的升温速度将烧结炉的温度升温到1100℃并保温90min后，再以3.5℃/min的升温速度将烧结炉的温度升温到1380℃并保温120min，最后将烧结炉的温度降至1000℃后关掉烧结炉电源，让所述金属材料薄壁结构零件在烧结炉里自冷至室温温度并将其取出。

另外，本发明还提供一种金属材料薄壁结构零件，其特征在于，其采用上述方法加工而成，且其薄壁结构的厚度小于0.4mm。

与现有的加工方法相比，本发明的金属材料薄壁结构零件的3d打印加工方法具有如下有益技术效果：

1、其采用了3d打印加工技术，解决了用cnc加工中出现的材料浪费问题，以及难加工问题。

2、其采用了3d打印加工技术，解决了直接采用注射成形方法加工时出现的难以顶出、走浇困难等问题。

3、其在3d打印加工之后再进行整体脱脂烧结，便于底板和薄壁结构牢固地连接在一起，满足连接强度需求。

4、其通过采用合适的脱脂工艺和烧结工艺，能够确保成品金属材料薄壁结构零件在结构和性能等方面满足要求。

附图说明

图1为金属材料薄壁结构零件的主视图。

图2为金属材料薄壁结构零件的俯视图。

图3为本发明的金属材料薄壁结构零件的3d打印加工方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。

本发明涉及金属材料薄壁结构零件的3d打印加工方法，其通过金属注射成形技术和3d打印加工技术相结合来制造金属材料薄壁结构零件。

如图3所示，本发明的金属材料薄壁结构零件的3d打印加工方法包括以下步骤：

首先，选定金属材料粉末和粘结剂。

要通过金属注射成形技术和3d打印技术制备出金属材料薄壁结构零件，必须选出合适的原材料来制备喂料。在本发明中，选定的金属材料粉末为316l不锈钢粉末且其粒径为10-20微米。选定的粘结剂为塑基粘结剂。优选地，所述塑基粘结剂为pom、pe、eva、sa和pw的混合物。并且，其中，各成份的质量百分比为：pom75%-89%；pe4%-10%；pw3%-10%p；sa2%-8%；eva1%-10%。选择这种金属材料粉末和粘结剂，能够确保喂料具有良好的流动性、稳定性和熔融指数，从而确保金属材料薄壁结构零件的性能。

其次，利用所选定的金属材料粉末和粘结剂制备喂料。

在本发明中，喂料具体为将所述金属材料粉末与所述粘结剂放在密炼机中在190℃下混炼2小时制备出所述喂料。并且，在制备喂料时，所述金属材料粉末占喂料总重量的60-80%，所述粘结剂占喂料总重量的20-40%。采用这种制备方法和这种配比的喂料能保证制备的金属材料薄壁结构零件具有良好的机械性能且便于进行注射成形加工和3d打印加工。

当然，在制备好喂料之后，可以对喂料性能进行检测。所述喂料性能检测包括喂料流动性检测和喂料熔融指数检测。在具体检测时，可以制备喂料性能检测件，通过喂料性能检测件进行喂料的综合性能检测。该部分内容不是本发明的重点所在，故不在此详细描述。

再次，通过喂料性能检测，如果检测出喂料的流动性、稳定性、熔融指数等都符合要求，那么，可以利用所述喂料注射成形底板1的生坯。如图1和2所示，由于所述底板1的长度和宽度为20mm、厚度为3mm。这种尺寸的底板1使得其适于进行注射成形。

在本发明中，优选地，在注射成形时，注射温度为190℃，模温为120℃，注射压力为80mpa，注射速度为60cm³/s，保压时间为1s，保压压力为30mpa。通过这种注射成形方法，可以制备出满足要求的底板生坯。

如图1和2所示，所述薄壁结构2的厚度在0.4mm、高度在7mm。这种薄壁结构使得其不适于直接进行注射成形，否则容易出现顶出困难、走浇困难等问题。因此，在本发明中，接着，通过3d打印机在注射成形后的底板1的生坯上利用所述喂料直接打印出薄壁结构2的生坯，形成金属材料薄壁结构零件的生坯。

在本发明中，所述3d打印机可以是现有技术中可买到的金属3d打印机。具体所采用的金属3d打印机是现有的，不是本发明的重点所在。具体打印过程也是现有技术，不是本发明的重点，也不在这里详细介绍。通过3d打印，即解决了用cnc加工中出现的材料浪费问题和难加工问题，同时也解决了直接采用注射成形方法加工时出现的难以顶出、走浇困难等问题。

最后，对所述金属材料薄壁结构零件的生坯进行脱脂烧结，制得所述金属材料薄壁结构零件。

在本发明中，优选地，所述脱脂具体为在120℃的脱脂温度下催化脱脂6小时。采用这种脱脂方法，能够去除掉注射成形时所使用的粘结剂，确保零件的性能。

更优选地，所述烧结的具体工艺过程为：以4℃/min的升温速度将烧结炉的温度升温到600℃并保温90min后，以5.55℃/min的升温速度将烧结炉的温度升温到1100℃并保温90min后，再以3.5℃/min的升温速度将烧结炉的温度升温到1380℃并保温120min，最后将烧结炉的温度降至1000℃后关掉烧结炉电源，让所述金属材料薄壁结构零件在烧结炉里自冷至室温温度并将其取出。这种烧结工艺能够确保所述金属材料薄壁结构零件中没有砂眼、分布不均等问题。

与现有技术中采用金属注射成形方法或cnc加工方法相比，本发明的金属材料薄壁结构零件的3d打印加工方法采用了3d打印加工技术，解决了用cnc加工中出现的材料浪费问题，以及难加工问题；也解决了直接采用注射成形方法加工时出现的难以顶出、走浇困难等问题。同时，其在3d打印加工之后再进行整体脱脂烧结，便于底板和薄壁结构牢固地连接在一起，满足连接强度需求。最后，其通过采用合适的脱脂工艺和烧结工艺，能够确保成品金属材料薄壁结构零件在结构和性能等方面满足要求。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。