90μηι，中值粒径为40μηι;
[0058]所述金属粉末材质为Cu;
[0059]所述陶瓷粉末:1-90μπι，中值粒径为40μπι;
[0060]所述陶瓷粉末材质为Α1203;
[0061 ]高分子粘结剂的组成成分及质量百分比如下:
[0062]石蜡68%，乙烯-醋酸乙烯共聚物10%，聚丙烯19%，硬脂酸3%。
[0063]二:数据建模处理，利用三维软件建立模型，然后进行切片处理，层片的厚度为0.2mm，建立零件的三维数据模型，根据所需功能零件设置相应的填充路线；
[0064]三:交变磁场下熔融沉积成型，利用熔融沉积成型工艺进行打印成型，根据打印轨迹在需要的位置设置相应的交变磁场，可旋转鸭嘴形打印挤出头21的温度为175°C，速度为14mm/s，电流的强度2.5A，电流频率1000ΗΖ，计算机控制本发明装置，混合浆料由材料供应打印装置2送至可旋转鸭嘴形打印挤出头21，并在可旋转鸭嘴形打印挤出头21中加热至熔融状态，然后选择性地挤出沉积在工作平台4上，快速冷却后形成加工工件截面轮廓，当成型完成后，工作平台4下降一截面层的高度，可旋转鸭嘴形打印挤出头21再进行下一层的打印，如此循环，最终形成产品，打印过程中，可旋转鸭嘴形打印挤出头21在一定温度下将具有流动性的混合浆料按照计算机设定的轨迹和速度挤出，熔道的金属粉末材料在磁场的作用下迅速移动，在熔道内组分连续变化，改变交变电流强度和电流频率改变驱动力大小，在任意空间位置梯度参数可控，且通过改变可旋转鸭嘴形打印挤出头的旋转角度，得到各种壁厚的坯体；
[0065]四:将坯体内的高分子粘结剂进行脱除处理，首先是溶剂脱脂，将坯体放入三氯乙烯溶液中，溶液的温度为35°C，脱脂9h，干燥后，然后将坯体埋入三氧化二铝粉末中，再整体放入真空气氛炉内进行热处理以及预烧结，温度上升速度为2°C/min，温度为600°C，时间为3.5h；
[0066]五:烧结，将预烧结坯体放在真空气氛炉内继续加温，升温速度为5.5°C/min，最终温度和保温时间与烧结的金属材料的熔点有关，烧结完成后，得到所需的梯度金属零件。
[0067]具体实例2:
[0068]请参阅图1、图5、图6和图7所示，本发明之一种在交变磁场中金属陶瓷功能梯度零件的3D打印方法，该方法的步骤如下:
[0069]—:混合浆料的配制，将金属陶瓷粉末与高分子粘结剂均匀混合后加热，金属浆料200°C时熔化，在室温情况下会快速固化；
[0070]所述混合浆料的组成成分及质量百分比如下:
[0071]金属陶瓷粉末63%，高分子粘结剂37% ;
[0072]金属陶瓷粉末的组成成分及质量百分比如下:
[0073]金属粉末35%，陶瓷粉末65%;
[0074]所述金属粉末:1-90μηι，中值粒径为40μηι;
[0075]所述金属粉末材质为Fe;
[0076]所述陶瓷粉末:1-90μπι，中值粒径为40μπι;
[0077]所述陶瓷粉末材质为SiC;
[0078]高分子粘结剂的组成成分及质量百分比如下:
[0079]石蜡66%，乙烯-醋酸乙烯共聚物11%，聚丙烯20%，硬脂酸3%。
[0080]二:数据建模处理，利用三维软件建立模型，然后进行切片处理，层片的厚度为0.22mm，建立零件的三维数据模型，根据所需功能零件设置相应的填充路线；
[0081]三:交变磁场下熔融沉积成型，利用熔融沉积成型工艺进行打印成型，根据打印轨迹在需要的位置设置相应的交变磁场，可旋转鸭嘴形打印挤出头21的温度为175°C，速度为14mm/s，电流的强度3A，电流频率1500HZ，计算机控制本发明装置，混合浆料由材料供应打印装置2送至可旋转鸭嘴形打印挤出头21，并在可旋转鸭嘴形打印挤出头21中加热至熔融状态，然后选择性地挤出沉积在工作平台4上，快速冷却后形成加工工件截面轮廓，当成型完成后，工作平台4下降一截面层的高度，可旋转鸭嘴形打印挤出头21再进行下一层的打印，如此循环，最终形成产品，打印过程中，可旋转鸭嘴形打印挤出头21在一定温度下将具有流动性的混合浆料按照计算机设定的轨迹和速度挤出，熔道的金属粉末材料在磁场的作用下迅速移动，在熔道内组分连续变化，改变交变电流强度和电流频率改变驱动力大小，在任意空间位置梯度参数可控，且通过改变可旋转鸭嘴形打印挤出头的旋转角度，得到各种壁厚的坯体；
[0082]四:将坯体内的高分子粘结剂进行脱除处理，首先是溶剂脱脂，将坯体放入三氯乙烯溶液中，溶液的温度为45°C，脱脂llh，干燥后，然后将坯体埋入三氧化二铝粉末中，再整体放入真空气氛炉内进行热处理以及预烧结，温度上升速度为2.5°C/min，温度为650°C，时间为3h;
[0083]五:烧结，将预烧结坯体放在真空气氛炉内继续加温，升温速度为6°C/min，最终温度和保温时间与烧结的金属材料的熔点有关，烧结完成后，得到所需的梯度金属零件。
[0084]请参阅图1所示，本发明之一种在交变磁场中金属陶瓷功能梯度零件的3D打印装置:是由XY方向数控移动装置1、数控定量材料挤出机构2、磁场及移动控制装置3和成型平台4组成，成型平台4固定设置在地面上，数控定量材料挤出机构2设置在XY方向数控移动装置I上，磁场及移动控制装置3设置在成型平台4于XY方向数控移动装置I之间。
[0085]本发明的工作原理:
[0086]在交变磁场中具有优良导电性的金属材料因磁场的连续变化而在材料内部产生感应电流，根据楞次定律可知，此种感应电流所产生的感应磁场阻碍原有磁场磁通的变化。因此，感生磁场与交变磁场会产生力会产生作用力，力F的大小为:F = VXMXgradH,其中，V是颗粒体积，M为颗粒感生磁化强度，grad H为磁场梯度，磁化强度M与输入电流强度成正比；磁场梯度与颗粒所处的位置有关，线圈内部，磁场分布均匀，梯度为零，线圈端部，磁场梯度最大。
【主权项】
1.一种在交变磁场中金属陶瓷功能梯度零件的3D打印方法，该方法的步骤如下: 一:混合浆料的配制，将金属陶瓷粉末与高分子粘结剂均匀混合后加热，金属浆料在160?200°C时熔化，在室温情况下会快速固化； 所述混合浆料的组成成分及质量百分比如下: 金属陶瓷粉末56-65%，高分子粘结剂35-44% ; 金属陶瓷粉末的组成成分及质量百分比如下: 金属粉末1-40%，陶瓷粉末60-99% ； 所述金属粉末:1-90μηι，中值粒径为40μηι; 所述金属粉末材质为Fe或Al或Ag或Mg或Zn或Cu ； 所述陶瓷粉末:1_90μπι，中值粒径为40μπι; 所述陶瓷粉末材质为A1203、SiC、Si02、Zr02中的一种或其中几种混合粉末颗粒； 高分子粘结剂的组成成分及质量百分比如下: 石蜡65-70%，乙烯-醋酸乙烯共聚物7-12%，聚丙烯18-23%，硬脂酸1-5%。 二:数据建模处理，利用三维软件建立模型，然后进行切片处理，层片的厚度为0.06?0.24mm，建立零件的三维数据模型，根据所需功能零件设置相应的填充路线； 三:交变磁场下熔融沉积成型，利用熔融沉积成型工艺进行打印成型，根据打印轨迹在需要的位置设置相应的交变磁场，可旋转鸭嘴形打印挤出头(21)的温度为175°C，速度为14mm/s，电流的强度0.5A-5A，电流频率100-10000ΗΖ，计算机控制本发明装置，混合浆料由材料供应打印装置(2)送至可旋转鸭嘴形打印挤出头(21)，并在可旋转鸭嘴形打印挤出头(21)中加热至熔融状态，然后选择性地挤出沉积在工作平台(4)上，快速冷却后形成加工工件截面轮廓，当成型完成后，工作平台(4)下降一截面层的高度，可旋转鸭嘴形打印挤出头(21)再进行下一层的打印，如此循环，最终形成产品，打印过程中，可旋转鸭嘴形打印挤出头(21)在一定温度下将具有流动性的混合浆料按照计算机设定的轨迹和速度挤出，熔道的金属粉末材料在磁场的作用下迅速移动，在熔道内组分连续变化，改变交变电流强度和电流频率改变驱动力大小，在任意空间位置梯度参数可控，且通过改变可旋转鸭嘴形打印挤出头的旋转角度，得到各种壁厚的坯体； 四:将坯体内的高分子粘结剂进行脱除处理，首先是溶剂脱脂，将坯体放入三氯乙烯溶液中，溶液的温度为30-50°C，脱脂8-12h，干燥后，然后将坯体埋入三氧化二铝粉末中，再整体放入真空气氛炉内进行热处理以及预烧结，温度上升速度为I?3°C/min，温度为500-700°C，时间为3-4h; 五:烧结，将预烧结坯体放在真空气氛炉内继续加温，升温速度为4_6°C/min，最终温度和保温时间与烧结的金属材料的熔点有关，烧结完成后，得到所需的梯度金属零件。2.根据权利要求1所述的一种在交变磁场中金属陶瓷功能梯度零件的3D打印方法，其特征在于:所述金属粉末材质为Fe或Al或Ag或Mg或Zn或Cu。3.根据权利要求1所述的一种在交变磁场中金属陶瓷功能梯度零件的3D打印方法，其特征在于:所述陶瓷粉末材质为A1203或SiC或Si02或Zr02。4.一种在交变磁场中金属陶瓷功能梯度零件的3D打印装置，其特征在于:是由XY方向数控移动装置(I)、数控定量材料挤出机构(2)、磁场及移动控制装置(3)和成型平台(4)组成，成型平台(4)固定设置在地面上，数控定量材料挤出机构(2)设置在XY方向数控移动装置(I)上，磁场及移动控制装置(3)设置在成型平台(4)于XY方向数控移动装置(I)之间。
【专利摘要】本发明公开了一种在交变磁场中金属陶瓷功能梯度零件的3D打印方法，在交变磁场中具有优良导电性的金属材料因磁场的连续变化而在材料内部产生感应电流，基于导电性良好的金属材料与不易导电的陶瓷对交变磁场的不同响应，在打印过程中通过交变磁场控制金属材料定向分布，通过改变交变电流强度和电流频率改变驱动力大小，制备金属陶瓷功能梯度零件，实现了交变磁场3D打印金属陶瓷梯度零件，可在任意空间位置实现材料梯度分布，节省材料和设备成本，适合广泛推广应用。
【IPC分类】B22F3/105
【公开号】CN105499570
【申请号】CN201510990255
【发明人】周雪莉, 刘庆萍, 任露泉, 赵彻, 宋正义, 李冰倩, 刘清荣, 李卓识, 刘慧力, 于征磊
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月25日