一种用于3d打印的低熔点金属线材及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于3D打印领域，具体涉及一种用于3D打印的低熔点金属线材及其制作方法。
【背景技术】
[0002]3D打印是快速成型技术的一种，它以数字模型文件为基础，通过软件对模型加以切分和离散化，分解出打印工序，再使用激光束、热熔喷嘴等方式将金属、塑料、陶瓷等材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出所设计的终端产品。3D打印技术在航空航天，汽车，电子等领域中都有广阔的应用前景。
[0003]当前金属材料的3D打印一般采用激光快速成型的方法，即用高功率的激光照射试件表面，熔化金属粉末，形成液态熔池，然后移动激光束，熔化前方的粉末而让后方的金属冷却凝固。在打印过程中，需要施加惰性气体保护，喷头控制等措施。金属材料的3D打印制造技术之所以难度大，是因为金属的熔点较高(高达上千度)，涉及到金属的固液相变，表面扩散，热传导等多种物理过程。另外，快速的加热和冷却还将引起试件内较大的残余应力。另外，金属3D打印多采用钛合金，镍基高温合金，钨合金，不锈钢等熔点较高的金属粉末做原料，而粉末制造的成本高昂。
[0004]与高温金属3D打印路线不同的是，在当前的低成本可普及型3D打印机中，则主要采用熔融沉积技术(FDM, Fused Deposit1n Modeling),即打印机将线材送进一个受电脑辅助制造软件(CAM, Computer Aid Manufacturing)控制的挤出式喷头,喷头将线型打印材料加热熔化后挤出，挤出后的液态原料迅速冷却固化，从而成型。目前最常用的熔丝线材主要是ABS，人造橡胶，铸蜡和聚酯热塑性塑料等，但这些线材因不具备金属特性如导电性、高强度等，不能实现有导电功能的器件。也因如此，目前国际上在3D打印领域的一个难题是如何实现金属在室温下的打印，特别是与塑料等材料的同时联合打印，此方面必须从崭新的技术思路着手。
【发明内容】
[0005]为实现低成本的金属3D打印，本发明提供一类低熔点金属线材打印材料，可直接用于当前盛行的采用聚合物等塑料类材料作为打印线材的3D打印机中，并提供了该金属线材的制作方法。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种用于3D打印的低熔点金属线材，所述金属线材的原料包括镓基合金或铋基合金或铟基合金，其中，镓基合金中镓含量为10wt%-100wt%，铋基合金中铋含量为10wt%-100wt%，铟基合金中铟含量为10wt%-100wt% ;优选的，镓基合金中镓含量为50wt%- 100wt%,铋基合金中铋含量为50wt%- 100wt%,铟基合金中铟含量为50wt%_100wt%。
[0007]优选的，所述金属线材的原料还包括纳米颗粒。
[0008]进一步地，所述纳米颗粒为镍钛合金、钛镍铜、钛镍铁、钛镍铬、铜镍系合金、铜铝系合金、铜锌系合金、铁系合金。
[0009]进一步地,所述纳米颗粒的添加质量百分比为1-10%,直径为lnm-100nm。
[0010]优选的，所述金属线材的原料还包括非金属。
[0011]进一步地，所述非金属为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、人造橡胶、铸蜡和/或聚酯热塑性塑料。
[0012]进一步地，所述非金属的添加质量为1_10%。
[0013]本发明提供了一种上述金属线材的制作方法，包括以下步骤，
[0014]1)分别称取上述原料，放入容器，并置于真空恒温箱中恒温处理，取出后搅拌，SP制得金属墨水；优选取出后用磁力搅拌器搅拌30-120分钟；或者，将制得的金属墨水与纳米颗粒或非金属小颗粒按照混合，搅拌，即得含纳米颗粒或非金属的金属墨水，优选搅拌30-120 分钟。
[0015]2)将金属墨水在基板上喷涂成薄板，将薄板切割成长条，制得金属线材；或者，将金属墨水挤出到基板上，冷却后制得金属线材。
[0016]优选的，所述步骤1)中，将装有原料的容器置于真空恒温箱中恒温1-4小时，温度为20-500°C，优选温度为100-400°C，更优选温度为200_350°C。
[0017]优选的，所述金属线材的莫氏硬度为1-7，熔点为20°C _270°C。
[0018]本发明的有益效果:
[0019]1、与现在常用的高温金属粉末制作相比，低熔点金属线材的制作成本大幅度降低；
[0020]2、金属线材可方便应用在价格低廉的家用便携式3D打印机中；
[0021]3、在合金中添加纳米金属颗粒，非金属等，可改变制作线材的力学、电学、热学性倉泛;
[0022]4、打印产品方便回收利用；
[0023]5、与金属粉末相比，氧化程度大大减小。
【附图说明】
[0024]图1切割式制作用于3D打印的金属线材喷涂示意图；
[0025]图2切割式制作用于3D打印的金属线材切割示意图；
[0026]图3挤出式制作用于3D打印的硬质金属线材示意图；
[0027]图4挤出式制作用于3D打印的软质金属线材示意图；
[0028]图中:1、喷涂的金属层；2、喷墨打印喷头；3、基板；4、切刀；5、挤出机喷头；6、挤出的金属线条；7、冷却装置；8、滚轴；9、传送带。
【具体实施方式】
[0029]以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0030]实施例1
[0031]按照96.4:3.6的质量比分别称取纯镓和纯锌，放入不锈钢容器中，将容器置于350°C的真空恒温箱中恒温2小时，随后用磁力搅拌器搅拌30分钟，即制得镓基合金GaZn3.6墨水，其熔点为24.5°C，莫氏硬度为1.8-3.5。
[0032]实施例2
[0033]按照50.8:49.2的质量比分别称取纯铟和纯锡，放入不锈钢容器中，将容器置于230°C的真空恒温箱中恒温1小时，随后用磁力搅拌器搅拌100分钟，即制得铟基合金InSn49.2墨水，其熔点为120°C，莫氏硬度为1.2-2。
[0034]实施例3
[0035]按照49:21:12:18的质量比分别称取纯铋、纯铟、纯锡和纯铅，放入不锈钢容器中，将容器置于250°C的真空恒温箱中恒温4小时，随后用磁力搅拌器搅拌50分钟，即制得铋基合金BiIn21Sn12Pb18墨水，其熔点为58°C，莫氏硬度为1.7-2.3。
[0036]实施例4
[0037]将实施例1制得镓基合金GaZn3.6墨水，与直径为lnm的镍钛纳米颗粒按照99:1的质量比进行混合，搅拌30分钟-2小时，即制得含有1%镍钛纳米颗粒的GaZn3.6合金墨水，其熔点为24.5°C，莫氏硬度为2-4.5。
[0038]实施例5
[0039]将实施例2制得铟基合金InSn49.2墨水，与直径为50nm的钛镍铁纳米颗粒按照95:5的质量比进行混合，搅拌30分钟-2小时，即得含有5%镍钛纳米颗粒的InSn49.2合金墨水，其熔点为120°C，莫氏硬度为2.5-5.5。
[0040]实施例6
[0041]将实施例3制得铋基合金BiIn21Sn12Pb18墨水，与直径为lOOnm的铜铝系合金纳米颗粒按照90:10的质量比进行混合，搅拌30分钟-2小时，即得含有10%镍钛纳米颗粒的BiIn21Sn12Pb18合金墨水，其熔点为58°C，莫氏硬度为3.5-7。
[0042]